Zmapování genomu lýkožrouta smrkového

Abychom pochopili zásadní význam zmapování genomu lýkožrouta smrkového (Ips typographus), je třeba si uvědomit dopad tohoto drobného tvora na smrkové porosty. Během jediného roku dokáže v Evropě a Asii zničit více než 100 milionů m³ smrkového lesa.

Vědecké studie uvádějí, že za časté kůrovcové kalamity mohou smrkové monokultury a klimatické změny, tj. rostoucí teplota vzduchu. Smrk trpí stresem zejména kvůli nedostatku vláhy a kvůli mělkému kořenovému systému nedokáže čerpat vodu z nižších vrstev půdy. Kůrovci využívají snížené schopnosti stromu bránit se škůdcům a patogenům, jejich počet rychle narůstá do epidemické fáze, což způsobí kůrovcovou kalamitu. Obvyklé metody, jako je těžba kůrovcem napadených stromů (tzv. nahodilá těžba) a feromonové lapače, k zastavení této kalamity nestačí. Z dlouhodobého hlediska je třeba vytvářet přirozené smíšené lesy. V kratší perspektivě musíme najít účinné metody, jak snížit populaci lýkožrouta smrkového do tzv. endemické fáze, kdy kůrovec plní svou normální funkci v lesních ekosystémech tím, že napadá nemocné a přestárlé stromy.

(A) Lýkožrout smrkový (Ips typographus), 4–5 mm dlouhý dospělý jedinec. (B) Požerek lýkožrouta smrkového pod kůrou smrku ztepilého. Drobné bílé skvrny jsou larvy. (C) Smrkový les v České republice poškozený lýkožroutem smrkovým.

Výzkum genomu lýkožrouta smrkového mimo jiné odhalil, že lýkožrout smrkový má neobvykle velké množství genů, které se účastní procesů spojených s rozkladem buněčných stěn rostlin. Naproti tomu se nezdá, že by měl zvýšený počet genů, které jsou odpovědné za odstraňování toxických látek. To je velmi překvapivé, protože pryskyřice ve stromech je pro hmyz velmi toxická. Sekvenování celého genomu kůrovce smrkového by mohlo potenciálně připravit cestu pro vysoce specifickou kontrolu škůdce pomocí interference RNA (RNAi; obr. 2).

RNAi je nástroj, který pomocí dvouvláknové RNA vysoce specificky tlumí expresi vybraného genu (viz např. P. Svoboda, Vesmír 91, 668, 2012/11). Díky tomu se aktivita daného genu dočasně zastaví nebo se sníží, aniž by došlo ke změně genomu. Tato metoda může poskytnout jasné informace o rolích, které hrají jednotlivé geny v biologii kůrovce.

Metoda RNAi by v budoucnu mohla být použitelná v praktické kontrole škůdců v lesích, například potlačením genů, které mají přímý vliv na přežití kůrovců. Je možné se také zaměřit na geny, které jsou klíčové pro reprodukci kůrovce nebo pro schopnost kůrovce vnímat feromony používané k páření a napadání smrkových lesů. Metody založené na vypínání jednotlivých genů jsou druhově specifické a nemají žádné nežádoucí škodlivé vedlejší účinky na jiné organismy.

Genom kůrovce urychluje další hloubkové molekulární studie výběru hostitele, populační genetiky, adaptivní fyziologie na molekulární úrovni a druhově specifického designu RNAi.

Sekvenování genomu kůrovce a molekulární biologie dláždí cestu novým výzkumným cestám a lepším vyhlídkám na účinný management kůrovce. Genom lýkožrouta smrkového dává mnohem hlouběji pochopit, jak a proč se stal velmi úspěšným lesním škůdcem na porostech smrku ztepilého. Umožňuje také hlubší pochopení molekulárních mechanismů, které jsou základem výběru vhodného hostitele. Zmapování genomu je tak zásadní pro všechny vědce, kteří se nepřetržitě věnují managementu kůrovce, a přináší naději na zvýšení efektivity hospodaření v lesích proti kůrovci do budoucna.

Výsledky tohoto výzkumu z projektu EXTEMIT- K však nejsou důležité jen pro management samotného lýkožrouta smrkového. Například v Severní Americe existuje mnoho dalších významných druhů kůrovců ze stejného rodu Ips. Mapa genomu lýkožrouta smrkového tak může být využita jako vodítko, které pomůže studovat tamní původní druhy kůrovců.