Красный мучной жук - Википедия - Red flour beetle

Красный мучной жук
Триболиум castaneum.jpg
Научная классификация редактировать
Королевство:Animalia
Тип:Членистоногие
Учебный класс:Насекомое
Заказ:Жесткокрылые
Семья:Tenebrionidae
Род:Триболиум
Разновидность:
T. castaneum
Биномиальное имя
Tribolium castaneum
(Herbst, 1797)
Синонимы

Многочисленные, см. текст

В красный мучной жук (Tribolium castaneum) является разновидностью жук в семье Tenebrionidae, чернотелки. Это всемирный вредитель хранимых продуктов, особенно пищевые зерна, а модельный организм за этологический и безопасности пищевых продуктов[1] исследование.

Экология

Красный мучный жук атакует хранящееся зерно и другие продукты питания, включая муку, крупы, макаронные изделия, печенье, бобы и орехи, вызывая потери и повреждения. Организация Объединенных Наций в недавнем послеуборочном сборнике подсчитала, что Tribolium castaneum и Tribolium confusum, то запутанный мучной жук, являются «двумя наиболее распространенными вторичными вредителями всех растительных продуктов, хранящихся во всем мире».[2]

Распространение и среда обитания

Красный мучной жук имеет индо-австралийское происхождение и менее способен выживать на открытом воздухе, чем близкие ему виды. Tribolium confusum. Как следствие, он имеет более южное распространение, хотя оба вида обитают во всем мире в жарких условиях. Взрослые особи живут долго, иногда более трех лет. Хотя раньше оно считалось относительно малоподвижным насекомым, молекулярные и экологические исследования показали, что оно может распространяться на значительные расстояния с помощью полета.[3]

Взрослый

Многомужество

Самки красных мучных жуков полиандрический в брачном поведении. В течение одного периода совокупления одна самка спаривается с несколькими разными самцами. Самки красных мучных жуков участвуют в спаривании полиандроидов, чтобы повысить свою фертильность. Спариваясь с увеличенным числом самцов, самки жуков получают большее количество спермы. Получение большего количества сперматозоидов особенно важно, так как многие сексуально активные самцы красных мучных жуков не являются девственниками и могут иметь недостаток сперматозоидов. Этот вид использует полиандрию для получения большего количества сперматозоидов от мужчин, а не для увеличения вероятности обнаружения генетически совместимых сперматозоидов.[4]

Потенциальные преимущества полиандрии для фитнеса

Многократные спаривания могут гарантировать, что самки получат большее чистое количество спермы, что приведет к увеличению вероятности успешного оплодотворения.[4] В природе повторяющиеся спаривания могут привести к тому, что у самцов будет мало сперматозоидов.[4] Из-за низкого количества сперматозоидов самке может потребоваться спаривание с несколькими самцами, прежде чем она будет успешно оплодотворена.[4]

Хотя множественные брачные события могут привести к увеличению вероятности обнаружения генетически совместимых сперматозоидов, генетическая совместимость не всегда может считаться основным преимуществом пригодности для полиандрического поведения.[4] Повышенная жизнеспособность эмбрионов - из-за повышенной генетической совместимости - не привела к значительному увеличению числа взрослых жуков с течением времени и, следовательно, не сыграла значительной роли в приспособленности всей популяции.[4] Однако повышенная генетическая совместимость может увеличить генетическое разнообразие населения, что может быть полезно в различных средах.[5] Высокое генетическое разнообразие в популяции может привести к высокой фенотипической изменчивости, что впоследствии может позволить некоторым вариантам лучше выживать и воспроизводиться при внезапном изменении окружающей среды.[5]

Возможный вред многомужеству для фитнеса

Мужской конкурс на доступ к женщинам

Доступность ресурсов и размер популяции могут сильно повлиять на количество спариваний, в которых участвует каждая особь. Увеличение численности популяции в пределах данной области с фиксированными ресурсами может ограничить количество выживших потомков.[5] Следовательно, самцы часто должны соревноваться с другими самцами, чтобы быть последним самцом, спаривающимся с самкой, чтобы увеличить скорость его оплодотворения.[6] Поскольку он был последним самцом, спарившимся с самкой, вероятно, что его эякулят удалил предыдущий эякулят от предыдущих самцов, увеличивая шансы того, что его эякулят сперма оплодотворяет самку.[6] Фактически, в районах с ограниченными ресурсами более высокий уровень каннибализма среди самцов-конкурентов может привести к общему снижению приспособленности популяции, поскольку происходит чистое сокращение производства и выживаемости потомства.[5]

Сниженная физическая форма потомства

Полиандрозное поведение не всегда может приводить к распространению адаптивных генов. У красных мучных жуков способность самца привлекать самок - через феромоны - генетически основано. Самцы различаются по способности привлекать самок.[7] Однако приспособленность потомства не связана со способностью самцов привлекать самок.[7] Другими словами, тот факт, что самец чаще воспроизводится из-за повышенной способности привлекать самок, не обязательно означает, что потомство унаследовало черты, которые приводят к повышению приспособленности.[7]

Вариации в полиандрическом поведении и выборе партнера

Самки из разных географических регионов - и, соответственно, разного генетического происхождения - часто демонстрируют большие различия в поведении при спаривании.[5] Некоторые линии самок избегают многократных спариваний, в то время как другие линии самок проявляют более высокую степень полиандрии.[5] Этот вариант предполагает, что полиандрия может быть полезной в одних популяциях, но не в других.[5]

Самки жуков различаются в зависимости от того, с какими самцами они выбирают совокупление. Более того, самки жуков могут специально выбирать, сперма какого самца используется для оплодотворения. загадочный выбор.[8] Самки, у которых есть несколько приемников для спермы, могут хранить сперму от разных самцов, а позже могут выбирать, какая сперма используется для оплодотворения.[8]

Жуки-самцы также могут различаться по самкам, с которыми они выбирают для спаривания. Самцы чрезвычайно избирательны в выборе партнера. Они предпочитают спариваться со зрелыми девственными самками.[6] Если самец спаривается с девственной самкой, его сперма имеет чрезвычайно высокий шанс оплодотворить самку, если другой самец не спаривается с ней.[6] Мужчины способны различать девственных женщин и не-девственных женщин по запаху; воскоподобные выделения самцов-конкурентов можно было найти на репродуктивных железах не девственных самок, но не на девственных самках.[6] Самцы, у которых увеличивается количество рецепторов запаха, лучше способны выбирать, с какими самками воспроизводиться, и впоследствии повышать свою физическую форму.[6] Некоторые самцы обладают более подходящими характеристиками для определения зрелости и репродуктивного статуса самок и, как таковые, будут преимущественно размножаться только с теми самками, у которых будет самый высокий уровень потомства.[6] Точно так же мужчины, которые выделяют более сильные запахи, будут иметь косвенное преимущество в фитнесе из-за их[5] запах, отпугивающий других потенциальных партнеров от уже оплодотворенной самки.[6]

Многоженство

Многоженство у красных мучных жуков характерно поведение как самцов, так и самок этого вида. Таким образом, полиандрия - это полигамия женщин-членов популяции, как обсуждалось в разделе выше. С другой стороны, многоженство относится к полигамии, практикуемой мужчинами в популяции.

Полигамия среди популяций, лишенных генетического разнообразия

У красных мучных жуков полигамные самки производят больше потомства, чем менее полигамные. Полигамия чаще всего встречается у людей, которым не хватает генетическое разнообразие. Полигамия в менее генетически разнообразных популяциях - это средство избежать оплодотворения между жуками, которые тесно связаны между собой, поскольку они могут быть генетически несовместимы.[9] Чем больше партнеров у мужчины или женщины, тем выше шансы, что хотя бы одно из спариваний происходит с неродственным партнером, и тем больше генетическое разнообразие в потомстве. Таким образом уменьшается генетическая несовместимость и увеличивается разнообразие в популяции. По этой причине самки совокупляются с большим количеством самцов при низком генетическом разнообразии, чтобы добиться успеха в оплодотворении, а также повысить приспособленность своего последующего потомства.

В некоторых исследованиях, однако, было отмечено, что оплодотворение все еще может происходить, когда родственные жуки спариваются. Тем не менее, стоит отметить, что при спаривании инбредных жуков получается значительно меньшее количество потомства, чем при спаривании между беспородными партнерами. Успешное оплодотворение, наблюдаемое в небольшой части исследований на родственных жуках, привело некоторых биологов к утверждению, что, возможно, не существует инбридинговая депрессия у красных мучных жуков.[10] Несмотря на то, что оплодотворение происходит успешно, наблюдается меньшее количество общего потомства, что можно утверждать как тип инбридинговой депрессии, поскольку это снижает способность к воспроизводству.

Известно, что во время спаривания красные мучные жуки проявляют полигамность. Известно, что самцы мучных жуков узнают своих сородичей, а самки не обладают этой способностью. Отсутствие способности узнавать своих родственников заставляет самок спариваться с любым самцом в популяции.[10] Также известно, что самки красных мучных жуков сохраняют сперму после спаривания. При первом спаривании сохраняется больше сперматозоидов, что приводит к меньшему количеству сперматозоидов при последующих спариваниях. Однако количество сохраненной спермы не мешает последнему самцу оплодотворить яйцеклетку.[11] Это связано с тем, что при каждом спаривании самцы могут удалять ранее сохраненную сперму, что дает их собственной сперме преимущество для оплодотворения яйцеклетки.

Полижиния и успех оплодотворения

Известно, что самцы красных мучных жуков полигамны. Исследования в основном показывают, что самцы красных мучных жуков практикуют полигамное поведение, чтобы избежать инбридинг депрессия, особенно когда есть конкуренция со стороны других мужчин. У беспородных самцов успешнее оплодотворение, когда они соревнуются с инбредными самцами за оплодотворение одной и той же самки.[12]

У полигамных жуков самец, оплодотворяющий самку последним, имеет более высокий успех оплодотворения. Таким образом, многоженство можно рассматривать как результат эволюции, поскольку самцы соревнуются за право оплодотворять яйцеклетку самки последними и вносить больший вклад в следующее поколение. Таким образом, приоритет сперматозоидов является средством эволюционного соревнования, с помощью которого самцы пытаются добиться большего репродуктивного успеха.[13]

Как модельный организм

Красный мучной жук играет важную роль в качестве модельного организма, служащего моделью для развития и функциональной геномики. В сравнении с Дрозофила, красный мучной жук более точно представляет развитие других насекомых.[14] В 2008 г. геном Tribolium castaneum секвенировали, анализировали и сравнивали с другими организмами, такими как Дрозофила. Красный мучной жук и плодовая муха имеют около 10 000-15 000 генов. Несмотря на общие гены, у них есть различия. Во время развития формирование переднезаднего паттерна обычно регулируется бикоид ген в Дрозофила. Однако у красного мучного жука нет бикоид ортолог, но вместо этого гены ортодент и горбун замена для бикоид в переднем паттерне.[14]

Красные мучные жуки особенно полезны для РНКи эксперименты. РНК-интерференция - это РНК, которая расщепляет транскрипты мРНК, демонстрируя нарушение функции гена. По сравнению с дрозофилой, РНКи имеют больший отклик у жука красной муки, что делает его идеальным для экспериментов с нокдауном.[15]

CRISPR технологии оказались полезными в изучении Tribolium castaneum. В одном эксперименте исследователи использовали CRISPR, чтобы выбить E-кадгерин ген. Е-кадгерин представляет собой связанный с мембраной белок эпителиальных клеток, участвующих в межклеточной адгезии.[16] Это привело к проблемам с развитием спинного закрытия. Нокдаун E-кадгерина с помощью РНКи показывает тот же эффект. [17] Это показывает, что технология CRISPR и редактирование генов являются жизнеспособными вариантами для изучения жука красной муки как модельного организма насекомого.

Синонимы

Синонимы слова Tribolium castaneum (Хербст) находятся[18][19]:

  • Colydium castaneum Хербст, 1787 г.
  • Маргус Кастанеус Дежан, 1833 г.
  • Phaleria castanca Джилленхол, 1810 г.
  • Stene ferruginea Вествуд, 1839 г.
  • Tenebrio castaneus Шёнхерр, 1806 г.
  • Tribolium ferrugineum , Волластон, 1854 г.
  • Tribolium navale (Фабрициус, 1775 г.)
  • Uloma ferruginea Дежан, 1821 г.


Следующие имена приводятся как синонимы T. castaneum некоторыми авторами, но на самом деле они относятся к другим видам[18]:

  • Dermestes navalis Фабрициус, 1775 г.
  • Ips cinnamomea Хербст, 1792 г.
  • Ips testacea Фабрициус, 1798 г.
  • Lyctus navalis (Фабрициус, 1775 г.)
  • Маргус ферругинеус Кустер, 1847 г.
  • Stene ferruginea Стивенс, 1832 г.
  • Tenebrio bifoveolatus Дюфтшмид, 1812 г.
  • Tenebrio ferrugineus Фабрициус, 1781 г.
  • Тенебрио охристый Мелшеймер, 1806 г.
  • Trogosita ferruginea (Фабрициус, 1781 г.)
  • Uloma ochracea
  • Улома Рубенс Дежан, 1836 г.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Grünwald, S .; и другие. (2013). «Красный мучной жук Tribolium castaneum как модель для мониторинга безопасности и функциональности пищевых продуктов». Adv Biochem Eng Biotechnol. Достижения в области биохимической инженерии / биотехнологии. 135: 111–122. Дои:10.1007/10_2013_212. ISBN  978-3-642-39862-9. PMID  23748350.
  2. ^ Саллам, М. (2008). «Повреждение насекомыми: повреждение после уборки урожая» (PDF). В Компендиуме по послеуборочным операциям.
  3. ^ Ридли, А .; и другие. (2011). "Пространственно-временная динамика Tribolium castaneum (Herbst): полет взрослых и поток генов ». Молекулярная экология. 20 (8): 1635–1646. Дои:10.1111 / j.1365-294X.2011.05049.x. PMID  21375637.
  4. ^ а б c d е ж Пай, Адити; Беннетт, Лорен; Ян, Гуйюнь (2005). «Многократное спаривание самок для обеспечения фертильности красных мучных жуков (Tribolium castaneum)". Канадский журнал зоологии. 83 (7): 913–919. Дои:10.1139 / z05-073.
  5. ^ а б c d е ж грамм час Пай, Адити; Фейл, Стейси; Ян, Гуйюнь (2007). "Различия в полиандрии и ее последствия для приспособленности среди популяций красного мучного жука, Tribolium castaneum". Эволюционная экология. 21 (5): 687–702. Дои:10.1007 / s10682-006-9146-4. S2CID  6829230.
  6. ^ а б c d е ж грамм час Арно, Haubruge, L, E (1999). «Брачное поведение и выбор самца в Tribolium castaneum (Coleoptera, Tenebrionidae) ". Поведение. 136: 67–77. Дои:10.1163/156853999500677.
  7. ^ а б c Боаке, Кристин Р. Б. (1985). «Генетические последствия выбора партнера: количественный генетический метод для проверки теории полового отбора». Наука. 227 (4690): 1061–1063. Bibcode:1985Sci ... 227.1061B. Дои:10.1126 / science.227.4690.1061. PMID  17794229. S2CID  30311676.
  8. ^ а б Федина, Т.Ю .; Льюис, С. М. (2004). "Влияние самки на отцовство потомства у красного мучного жука Tribolium castaneum". Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (1546): 1393–1399. Дои:10.1098 / rspb.2004.2731. ЧВК  1691742. PMID  15306338.
  9. ^ Валлийка Дженнифер. (2011). «Инбридинг делает самок жуков резвыми». Живая наука.
  10. ^ а б Тайлер, Ф; Tregenza, T (2012). «Почему так много спариваний мучных жуков терпят неудачу?». Entomologia Experimentalis et Applicata. 146: 199–206. Дои:10.1111 / j.1570-7458.2012.01292.x. S2CID  67763257.
  11. ^ Льюис, Юткевич (1998). «Приоритет и хранение сперматозоидов у размножающихся красных мучных жуков». Поведенческая экология и социобиология. 43 (6): 365–369. Дои:10.1007 / s002650050503. S2CID  7316245.
  12. ^ Михальчик, Л; Мартин, О; Миллард, А; Эмерсон, Б. Гейдж, М. (2010). «Инбридинг снижает конкурентоспособность сперматозоидов, но не снижает успешность оплодотворения или спаривания у самцов Tribolium castaneum». Труды Королевского общества B. 277 (1699): 3483–3491. Дои:10.1098 / rspb.2010.0514. ЧВК  2982220. PMID  20554548.
  13. ^ Арно, L; Гейдж, М; Хаубрюге, Э (2001). «Динамика преимущественного оплодотворения второго и третьего самца у Tribolium castaneum». Entomologia Experimentalis et Applicata. 99: 55–64. Дои:10.1046 / j.1570-7458.2001.00801.x.
  14. ^ а б Ричардс, С. Гиббс, Р. Вайншток, Г. 2008. Геном модельного жука и вредителя Tribolium castaneum. Природа. 452: 949-955.
  15. ^ Кумар, Х. Паниграхи, М. Чхотарай, С. 2018. Красный мучной жук (Tribolium castaneum): от популяционной генетики к функциональной геномике. Ветеринарный мир. 11 (8): 1043-1046
  16. ^ Справка, Дом генетики. «Ген CDH1». Домашний справочник по генетике. Получено 2019-05-30.
  17. ^ Жиль, А. Шинко, Дж. Авероф, М. 2015. Эффективное нацеливание на ген, опосредованное CRISPR, и замещение трансгена у жука Tribolium castaneum. Разработка.
  18. ^ а б Хорошо, M.E. (1936). Мучные жуки из рода Триболиум. Технический бюллетень Министерства сельского хозяйства США № 498. Вашингтон: Типография правительства США.
  19. ^ Поуп, Р. Д. (1986). "Tribolium castaneum (Herbst, 1797) (Insecta, Coleoptera): предложено сохранение путем подавления Tribolium navale (Фабрициус, 1775 г.) З.Н. (С.) 2575 ". Вестник зоологической номенклатуры. 43 (4): 363–365. Дои:10.5962 / bhl.part.470.

внешняя ссылка

дальнейшее чтение

  • Грановский, Т. А. 1997. «Вредители хранимых продуктов». В: Справочник по борьбе с вредителями, 8-е изд. Hedges, S.A. и D. Moreland (редакторы). Справочник Маллис и Компания технического обучения.