Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet

Obrana doktorskog rada :: Darija Lemić, dipl.ing.agr.

Datum održavanja:

Utjecaj vremenskog razdoblja i prostornog širenja na genetsku varijabilnost populacije kukuruzne zlatice (Diabrotica virgifera virgifera LeConte, Coleoptera: Chrysomelidae)

Srijeda, 10. prosinac 2014. :: 12 sati :: dvorana VI/B

Mentori rada:

  • Prof. dr. sc. Renata Bažok, Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet
  • Doc. dr. sc. Katarina M Mikac, University of Wollongong, Faculty of Science, Medicine and Health

Povjerenstvo za obranu doktorskog rada:

  • Prof. dr. sc. Jasminka Igrc Barčić, Chromos Agro Zagreb
  • Prof. dr. sc. Ivan Pejić, Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet
  • Prof. dr. sc. Tanja Gotlin Čuljak, Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet

Sažetak

Kukuruzna zlatica Diabrotica virgifera virgifera LeConte novi je, ali značajan štetnik prisutan na najvažnijem uzgojnom području kukuruza u Hrvatskoj i Europi. Od trenutka unosa do danas D. v. virgifera se proširila na cijelo uzgojno područje kukuruza u Hrvatskoj te je prisutna u 22 europske države na desecima tisuća hektara uzgojnih površina. Čimbenici koji doprinose njegovom širenju još uvijek nisu razjašnjeni. Klasične genetske i geometrijsko morfometrijske analize korištene su u istraživanju populacija D. v. virgifera u Hrvatskoj, Srbiji, Mađarskoj i Italiji u dvama razdobljima invazijskog procesa: razdoblje unosa štetnika u novo područje odnosno introdukcija (1996-2001) i razdoblje udomaćenja/proširenja (2002-2011).

U razdoblju unosa analizirano je 12 populacija (256 uzoraka) iz Hrvatske, jedna populacija (40 uzoraka) iz Srbije, dvije populacije (40 uzoraka) iz Mađarske i tri populacije (60 uzoraka) iz Italije. U razdoblju udomaćenja/proširenja analizirano je 12 populacija (606 uzoraka) iz Hrvatske, jedna populacija (45 uzoraka) iz Srbije, jedna populacija (55 uzoraka) iz Mađarske i tri populacije (80 uzoraka) iz Italije. Za komparativne svrhe i analizu ishodišne populacije analizirano je 150 uzorka iz SAD (Iowa, Arizona, Illinois i Nebraska). Ukupno je tijekom istraživanja analizirano  1327 jedinki D. v. virgifera.

U prvoj fazi istraživanja korištene su tehnike populacijske genetike s ciljem: (1) procjene genetske strukture populacija, raznolikosti i protoka gena unutar i između populacija D. v. virgifera iz Hrvatske, Srbije, Mađarske i Italije; (2) genetskog monitoringa populacija D. v. virgifera na mikrogeografskom području te utvrđivanja najvjerojatnije ishodišne populacije D. v. virgifera u Hrvatskoj i susjednim zemljama i (3) utvrđivanja utjecaja vremenskog razdoblja i prostornog širenja na genetsku varijabilnost populacija D. v. virgifera.

U drugoj fazi istraživanja korištene su tehnike geometrijske morfometrije s ciljem: (4) detekcije utjecaja spolnog dimorfizma na varijabilnosti oblika krila te (5) utvrđivanja utjecaja različitih tipova tla (edafski čimbenici) na varijabilnosti oblika krila koje utječu na sposobnost i dinamiku njihovog širenja na nova područja.

Genetska varijabilnost unutar populacija iz razdoblja unosa je srednja (FST=0.024), dok je unutar populacija iz razdoblja udomaćenja/proširenja niska (FST=0.005). Usporedbom populacija iz razdoblja unosa s populacijama iz razdoblja udomaćenja/proširenja utvrđena je visoka razina genetske varijabilnosti (FST=0.11-0.16). Rezultati pokazuju da je u razdoblju unosa postojala jedna homogena populacija na cijelom području istraživanja. U razdoblju udomaćenja/proširenja također postoji jedna homogena populacija na cijelom području istraživanja, međutim te dvije populacije su genetski različite. Tijekom petnaestogodišnjeg invazijskog razdoblja u istraživanim populacijama utvrđeno je 83% ukupnih alela poznatih za populacije D. v. virgifera. U razdoblju udomaćenja/proširenja utvrđena su dva jedinstvena alela i 9 do sada ne otkrivenih alela u Europi. Populacije iz Srbije identificirane su kao ishodišne populacije D. v. virgifera za Hrvatsku i Mađarsku, dok su američke populacije ishodišne za D. v. virgifera u Italiji. Klaster analizom identificirana su dva genetska klastera koji odvajaju europske D. v. virgifera populacije i američke D. v. virgifera populacije. Međutim, klasteri nisu „čisti“ jer je utvrđeno za brojne jedinke iz američke D. v. virgifera populacije osim američkog i europsko podrijetlo. Rezultati upućuju na višestruke unose i genetska miješanja u razdoblju od 1996. do 2001., što je uzrokovalo genetski različite populacije na istraživanom geografskom području te na dvosmjerni protok gena između populacija s dva kontinenta. Na temelju istraživanja zaključujemo da vremensko razdoblje odnosno broj generacija ima veći utjecaj na genetsku varijabilnost D. v. virgifera nego ostali čimbenici (smjer proširenja, prostorna udaljenost, specifični krajobrazni utjecaji, mjere zaštite).

U cilju potvrde i nadopune rezultata dobivenih korištenjem genetskih analiza korištene su tehnike geometrijske morfometrije u analizi varijabilnosti oblika krila u D. v. virgifera populacijama. Dimorfizam je procijenjen u populacijama s oba kontinenta kako bi pronašli obilježja koja najbolje opisuju pojedinu populaciju. Visoki stupanj seksualnog dimorfizma u obliku krila izraženiji je u američkim populacijama u usporedbi s europskim. Prema rezultatima ženke D. v. virgifera imaju izduženija krila od mužjaka što je morfološki dokaz da su migracije na veće udaljenosti karakteristika ženki ove vrste. Također, geometrijsko morfometrijskim analizama uspješno su diferencirane populacije D. v. virgifera na temelju edafskih čimbenika. Promjene u položaju markera (3 i 7) pokazale su da D. v. virgifera na području gdje je tip tla černozem ima izduženija krila, na području gdje su aluvijalna tla tip krila je uži (promjena položaja markera 2, 3 i 14) dok na područjima gdje prevladavaju glejna tla i podzemne vodi prevladava mješoviti tip krila (promjena položaja markera 3, 7, 14). Dobiveni rezultati dokaz su da su morfološke promjene oblika krila nastale pod utjecajem različitih značajki tla.

Analiza utjecaja vremenskog razdoblja i prostornog širenja uporabom genetskih i geometrijsko morfometrijskih tehnika omogućuju razumijevanje i nove spoznaje o varijabilnosti populacija i dinamici širenja D. v. virgifera u novim područjima. Poznavanje povijesti (ishodišne populacije) unosa štetnika na određeno područje kao i smjer njegova širenja važno je zbog planiranja budućih strategija suzbijanja. Prikazani rezultati upućuju na brzu prilagodbu ovog štetnika na okolišne uvjete i provođene mjere zaštite. Genetske promjene brže se detektiraju na fenotipu nego na genotipu, te je geometrijsko morfometrijskim analizama moguće utvrditi utjecaj raznih čimbenika (npr. rezistentnost, promjena klimatskih uvjeta, ishrana) na organizam D. v. virgifera prije nego je to moguće metodama klasične genetike. Obje tehnike važno je koristiti za intenzivnije praćenje prilagodbe populacija D. v. virgifera na trenutne mjere suzbijanja te u trenutku unosa jedinki nositelja alela rezistentnosti pravovremeno reagirati i provesti odgovarajuće mjere zaštite.

Ključne riječi: Diabrotica virgifera virgifera, invazija, populacijska genetika, proširenje, FST, mikrosateliti, genetski monitoring, geometrijska morfometrija, seksualni dimorfizam, analiza oblika krila