Pro školitele

ÚVOD:

 

V současnosti se zvyšuje intenzita výzkumu vybraných hmyzích druhů kvůli jejich hospodářskému a zdravotnímu významu. Za všechny můžeme připomenout dva známé příklady, štěnice domácí (Cimex lectularius) (Obr. 1) a lýkožrout smrkový (Ips typographus) (Obr. 2), nicméně cílová skupina parazitů a škůdců, včetně invazivních druhů je mnohem širší. Důkladný výzkum v celé své škále zaměření, od evolučních, přes ekologické až po molekulárně cytogenetické studie, přináší hlubší poznání těchto druhů a připravuje nás na preventivní, léčebná a ozdravná opatření. V případě tohoto projektu se student zaměří na molekulární cytogenetiku vybraného druhu, který je v tomto ohledu, velmi překvapivě, málo prostudován. Jedná se o invazivní druh ploštice, vroubenku americkou (Leptoglossus occidentalis) (Obr. 3), která je z cytogenetického hlediska dosud neprávem opomíjena. Je to nápadná, až 2 cm velká ploštice, která k nám do evropy a ČR byla zavlečena s okrasnými dřevinami severoamerického kontinentu. Dospělci nalétávají na na jehličnany, kde sáním poškozují generativní orgány. Nymfy sají šupiny mladých šišek nebo jehlice. Napadá hlavně douglasku tisolistou (Pseudotsuga menziesii) a řadu druhů borovic (Pinus spp.). Tímto způsobem může zničit až 50–80 % osiva, což představuje hospodářskou újmu v oblastech lesních školek. Dospělci přezimují v suchých úkrytech, dutinách stromů, hnízdech ptáků, ale s oblibou vyhledávají i lidská obydlí. Při ohrožení šíří silný zápach. Pro oblíbenou kombinaci jehličnatých stromů a vhodného místa k přezimování se intenzivně šíří i ve velkých městech ČR, například na brněnských sídlištích. Kapacita tohoto projektu jsou jeden až dva studenti. První student bude pracovat s uvedeným druhem, vroubenkou americkou. V případě zájmu druhého studenta o tuto problematiku bude projekt rozšířen o ještě jeden druh hmyzího škůdce, tak aby cíle 1) - 5) byly zachovány (viz níže), ale oba studenti mohly pracovat nezávisle a zároveň měli možnost tvořit tým v jednotné problematice.

 

Obr. 1 Cimex lectularius - štěnice domácí. Parazitická ploštice, která se živí sáním lidské krve.

 

Obr. 2 Ips typographus - lýkožrout smrkový. Jeden ze škůdců zodpovědný za kalamitní situaci v lesích ČR.

 

Obr. 3 Leptoglossus occidentalis - vroubenka americká. Invazivní druh ploštice, která parazituje na jehličnanech.

 

 

 

 

MOTIVACE:

 

Hlavním výsledekem tohoto projektu je edukativní část, která umožní středoškolskému studentovi/studentce zapojit se do plnohodnotného základního výzkumu světového i místního významu. Vroubenka americká je invazivní druh, který se šíří celosvětově, bohužel její populace expanduje i na Jižní Moravě, ve městech i volné přírodě. Z metodického pohledu se student/studentka naučí připravovat vzorky pro sekvenaci NGS, komunikovat s vedením sekvenační laboratoře, provádět cytogenetickou analýzu FISH (viz obrázky od studentů v předchozích letech Obr. 4 a 5) a základy bioinformatických postupů.

 

Z vědeckého hlediska si tato práce klade za cíl charakterizovat unikátní molekulárně cytogenetické markery u málo prozkoumaného invazivního druhu, které budou využitelné například v populačních a evolučních studiích. Tyto dva cíle jsou racionálně plánovány tak, aby je mohl student s velkou dávkou samostatnosti svědomitě a spolehlivě plnit. V letech 2018-2019 jsme podobně v rámci SOČ identifikovali například nové telomerové sekvence u mořských rostlin Zostera marina a cytogenetické markery pavouků Liphistius spp. (Obr. 4 a 5)

 

Jako nepredikovatelný vedlejší výsledek, každého dobře cíleného základního výzkumu se může nečekaně objevit převratný poznatek z oblasti ekologie, buněčné biologie, biochemie, metagenomiky, evoluční biologie, behaviorální genetiky a mnoha dalších. Předpokladem k rozpoznání významu takového výsledku, který se dříve či později pravidelně vyskytuje, je nezbytná aktuální znalost, kterou lze nejlépe získat z kvalitní mezioborové spolupráce s vědci z jiných pracovišť. Proto i ta je v rámci cílů plánována, aby se student naučil, nejen základům vědeckého myšlení a postupů v terénu, laboratoři a při přípravě publikace, ale i mezioborové komunikaci a integraci zdánlivě vzdálených témat.  

 

Obr. 4 Nové telomerové sekvence (zeleně na koncích chromozomů) a cytogenetické markery (červeně a žlutě rDNA) na chromozomech (šedá) mořské rostliny Zostera marina. Příklad výsledků studentů SOČ  z předchozích let pod vedením navrhujícího lektora. V tuto chvíli je tento výsledek součástí publikace v recenzním řízení v prestižním časopise NATURE.

 

Obr. 5 Cytogenetické markery (repetitivní DNA) použité na meiotických chromozomových preparátech u pavouka Liphistius spp. Chromozomy jsou obarveny modře, markery světle zeleně. Řada chromozomů tvoří křížové struktury - bivalenty, použitý marker odlišuje čtyři konkrétní dvojsignály - lokusy. Příklad výsledků studentů SOČ z předchozích let pod vedením navrhujícího lektora. V tuto chvíli je tento výsledek součástí připravované publikace

 

 

 

CÍLE PROJEKTU:

 

1) Kompilace informací o invazivní ploštici vroubenka americká (Leptoglossus occidentalis) v oblasti města Brna a okolí

2) Sběr dostatečného počtu jedinců (10 - 20) pro následující cytogenetické experimenty

3) Příprava chromozomových preparátů z nasbíraného materiálu

4) Identifikace a lokalizace sekvencí ribozomální DNA a telomerových repetic pomocí moderních sekvenačních metod a Fluorescenční in situ hybridizace

5) Navázání komunikace a spolupráce s odborníky z oblasti entomologie z Ústavu ochrany lesů a myslivosti (Mendelova univerzita v Brně) a Entomologického ústavu (Biologické centrum AV ČR, v. v. i.  v Českých Budějovicích)

 

 

 

LITERATURA:

 

1. First detection of the cosmopolitan invader Leptoglossus occidentalis Heidemann (Heteroptera: Coreidae) in Argentina. Kun ME, Masciocchi M. An Acad Bras Cienc. 2019 Aug 12;91(3):e20180493. doi: 10.1590/0001-3765201920180493.PMID: 31411257

2. The Western Conifer Seed Bug (Hemiptera: Coreidae) Has the Potential to Bite Humans. Hornok S, Kontschán J. J Med Entomol. 2017 Jul 1;54(4):1073-1075. doi: 10.1093/jme/tjx040. PMID: 28399275

3. Cone and seed pests of Pinus pinea: assessment and characterization of damage. Bracalini M, Benedettelli S, Croci F, Terreni P, Tiberi R, Panzavolta T. J Econ Entomol. 2013 Feb;106(1):229-34. PMID: 23448036

4. https://cs.wikipedia.org/wiki/Vroubenka_americká

5. http://invaznidruhy.nature.cz/res/archive/206/026257.pdf?seek=1415014398