Zastosowanie genetyki w badaniach nad ewolucją i ekologią chrząszczy kserotermicznych

Siedliska kserotermiczne nawiązują silnie do euroazjatyckich stepów, z których najprawdopodobniej wywodzi się większość zasiedlających je organizmów. W Europie Środkowej i Zachodniej gatunki kserotermiczne są uważane za reliktowe. Są one również zagrożone z uwagi na zanik i fragmentacje siedlisk w efekcie niekorzystnych warunków klimatycznych i przekształceń antropogenicznych. Badania nad takimi gatunkami mogą mieć więc poza aspektem poznawczym, także istotne znaczenie dla ich ochrony. W naszym Instytucie badania nad kserotermicznymi chrząszczami zostały zapoczątkowane przez zoogeograficzne i taksonomiczne prace profesora Mieczysława Mazura i dr Daniela Kubisza. Ich naturalną kontynuacją stały się studia z wykorzystaniem możliwości oferowanych przez genetykę. Do poznania ewolucji, ekologii wybranych gatunków i populacji kserotermicznych chrząszczy z Europy Środkowo-Wschodniej wykorzystywana jest analiza zmienności wybranych markerów molekularnych (sekwencyjnych i mikrosatelitarnych). Badania prowadzone są od 2005 r. w oparciu o granty MNiSW oraz NCN przez zespół, w którego skład wchodzą zarówno pracownicy ISEZ PAN (Łukasz Kajtoch, Daniel Kubisz, Wiesław Babik), zewnętrzni wykonawcy krajowi (Jerzy Gutowski, Waldemar Heise, Mieczysław Mazur, Miłosz Mazur, Krystyna Nadachowska, Dorota Lachowska-Cierlik) i współpracownicy zagraniczni (Boris Korotyaev, Volodymyr Rizun).

Jak dotąd poznano genetyczną zmienność populacji i zidentyfikowano jednostki konserwatorskie u ryjkowca Centricnemus leucogrammus, a kontynuacją tych badań jest analiza izolacji populacji tego gatunku w skali lokalnej.

Określono odrębność genetyczną oraz pochodzenie partenogenezy i poliploidalności u ryjkowców Polydrusus z podrodzaju Scythodrosus.

Obecnie prowadzone są badania nad filogeografią oraz nad weryfikacją pozycji taksonomicznej izolowanych populacji dwóch gatunków stepowych stonek: Cheilotoma musciformis (gatunek z Polskiej Czerwonej Księgi Zwierząt) i Crioceris quatuordecimpunctata oraz bogatka Coraebus elatus.

Najistotniejszymi wnioskami płynącymi z tych badań jest wykazanie, że poszczególne gatunki kserotermicznych chrząszczy zasiedlające Polskę wywodzą się z różnych obszarów (głównie Pontyjskiego i Panońskiego), oraz że ich populacje są silnie od siebie izolowane, co rodzi zarówno implikacje taksonomiczne jak i konserwatorskie.

W 2011 r. rozpoczęto również badania nad ewolucyjnymi i ekologicznymi związkami między kserotermicznymi chrząszczami a ich roślinami żywicielskimi z użyciem „barkodów” DNA.

Część z wyników badań została już opublikowana:

1. Kajtoch Ł., Korotyaev B., Lachowska-Cierlik D. (in press). Genetic distinctness of parthenogenetic forms of European Polydrusus weevils of the subgenus Scythodrusus. Insect Science.
2. Kajtoch Ł. 2011. Conservation genetics of xerothermic beetles in Europe: the case of Centricnemus leucogrammus. Journal of Insect Conservation DOI: 10.1007/s10841-011-9377-8
3. Kajtoch Ł., Lachowska-Cierlik D., Mazur M. 2009. Genetic diversity of xerothermic weevils Polydrusus inustus and Centricnemus leucogrammus (Coleoptera: Curculionidae) in central Europe. Eur. J. Enthomology 106: 325–334.
4. Kajtoch Ł., Lachowska-Cierlik D. 2009. Genetic constitution of parthenogenetic form of Polydrusus inustus (Coleoptera: Curculionidae) – hints of hybrid origin and recombinations. Folia Biologica (Kraków) 57: 149 – 156.