Μελέτη της βιολογίας πληθυσμών του σύμπλοκου είδους Myzus persicae

Abstract

This dissertation examines the biology, morphology and genetics of Myzus persicae populations from Greece. The dissertation consists of two parts. In the first part, a review of the published studies on the biology of Myzus persicae is made along. In addition, theories on species definition are reviewed and their implementation in aphid's taxonomy is discussed. In the second part, the experiments carried out at the Laboratory of Entomology and Agricultural Zoology of the University of Thessaly are described and the analyses of the results and the conclusions are presented.

Το Myzus persicae (Sulzer) (Homoptera: Aphididae) είναι ένα είδος αφίδας με μεγάλη οικονομική σημασία για πολλές καλλιέργειες λόγω των άμεσων και έμμεσων ζημιών που προκαλεί. Θεωρείται ο πιο σοβαρός φορέας ιών, καθώς μεταδίδει αποτελεσματικά περισσότερους από 100 ιούς φυτών. Έγινε ανασκόπηση των κύριων θεμάτων της βιολογίας των αφίδων, όπως: η κυκλική παρθενογένεση, η εναλλαγή ξενιστού (ετερόοικα είδη), η μονοοικία, ο πολυμορφισμός και οι παραγόντες που επιδρούν στην παραγωγή των διαφορετικών μορφών. Επίσης, παρατέθηκαν απόψεις σχετικά με την έννοια του είδους και τα προβλήματα στη συστηματική των εντόμων. Με τη μέθοδο RAPD-PCR (Τυχαία Πολλαπλασιαζόμενο Πολυμορφικό DNA-Αλυσιδωτή Αντίδραση Πολυμεράσης), με 64 δεκαμερείς εκκινητές (random primers), αναλύθηκαν 47 κλώνοι του συμπλόκου M. persicae με σκοπό την εύρεση γενετικών δεικτών, που να διακρίνουν τους κλώνους που τρέφονται σε καπνό από αυτούς που τρέφονται σε άλλους ξενιστές και τη διευκρίνηση της ταξινομικής θέσης του Myzus nicotianae Blackman. Οι κλώνοι συλλέχθηκαν από καπνό, ροδακινιά, πιπεριά και λάχανο από περιοχές της Βόρειας, Κεντρικής, Στερεάς Ελλάδας και από την Κρήτη. Με όλους τους εκκινητές οι κλώνοι του συμπλόκου M. persicae έδωσαν σχεδόν ταυτόσημο πρότυπο ζωνών με συνέπεια την ύπαρξη αμφιβολίας αν το M. nicotianae θα πρέπει να αναφέρεται ως ξεχωριστό είδος. Ωστόσο, βρέθηκε διαφορά σε μια ζώνη μεγέθους 550 ζευγών βάσεων, με τον εκκινητή OPA-18, με σημαντική συσχέτιση με το φυτό ξενιστή, που υποστηρίζει την άποψη ότι οι αφίδες του καπνού αποτελούν διαφορετική φυλή προσαρμοσμένη στο συγκεκριμένο ξενιστή. Με τη μέθοδο της σωματομετρίας μελετήθηκε η παραλλακτικότητα εννέα μορφολογικών χαρακτηριστικών σε 157 κλώνους του M. persicae. Οι κλώνοι συλλέχθηκαν από ροδακινιά, καπνό, λάχανο, ζαχαρότευτλο και πιπεριά. Οι 156 κλώνοι προέρχονται από περιοχές της Βόρειας, Κεντρικής, Στερεάς Ελλάδας και από την Κρήτη. Ένας κλώνος συλλέχθηκε από καπνό από την Καζέρτα στην Ιταλία. Με τη χρήση της ανάλυσης κανονικών μεταβλητών (canonical variate analysis), της ανάλυσης ομαδοποίησης (cluster analysis) και μιας νέας μεθόδους «μη παραμετρικά δένδρα ταξινόμησης» διαπιστώθηκε μορφολογική παραλλακτικότητα, που συνδέεται με τον ξενιστή, όπου συλλέχθηκαν οι κλώνοι. Οι τιμές των δύο πρώτων κανονικών μεταβλητών διαχώρισαν τους κλώνους του καπνού από αυτούς που αποικίζουν άλλους δευτερεύοντες ξενιστές. Επίσης, βρέθηκε ότι το είδος του φυτού ξενιστή, όπου τρέφονται οι αφίδες, και η μακράς διάρκειας παρθενογένεση επιδρούν στο φαινότυπό τους. Ανεξάρτητα από τους προηγούμενους παράγοντες η μορφή του καπνού διαχωρίστηκε σε όλες τις περιπτώσεις, δείχνοντας ότι οι μορφολογικές διαφορές πρέπει να οφείλονται στο διαφορετικό γενότυπο. Εξετάστηκε ο βιολογικός κύκλος 2.532 κλώνων του M. persicae, που συλλέχθηκαν από διάφορους ξενιστές και περιοχές της Μακεδονίας, Κεντρικής και Στερεάς Ελλάδας, Ηπείρου και Κρήτης, ώστε να διαπιστωθεί η στρατηγική διαχείμασης του είδους. Βρέθηκε μεγάλη γεωγραφική παραλλακτικότητα στην κατηγορία βιολογικού κύκλου στους κλώνους που συλλέχθηκαν από δευτερεύοντες ξενιστές που σχετίζεται με την αφθονία του πρωτεύοντος ξενιστή, τη ροδακινιά. Στις περιοχές της Κεντρικής Μακεδονίας, όπου καλλιεργείται εκτεταμένα η ροδακινιά, το ποσοστό των ολοκυκλικών γενότυπων κυμάνθηκε κυρίως πάνω από το 50% και σε ορισμένες περιπτώσεις έφτασε το 100%. Αντίθετα, σε περιοχές όπου δεν καλλιεργείται εκτεταμένα η ροδακινιά τόσο βορειότερα (Ξάνθη, Κομοτηνή) όσο και αρκετά νοτιότερα (Κεντρική και Στερεά Ελλάδα, Κρήτη) κυμάνθηκε από 0% έως 31%. Οι ανδροκυκλικοί κλώνοι βρέθηκαν σε σχετικά υψηλό ποσοστό (57% των εξετασθέντων ανολοκυκλικών κλώνων), ενώ οι ενδιάμεσοι κλώνοι σε πολύ μικρό (2,9% του συνόλου των εξετασθέντων κλώνων ή 5,7% των ανολοκυκλικών κλώνων). Παρατηρήθηκε γεωγραφική παραλλακτικότητα στο χρώμα των αφίδων, που αποικίζουν τον καπνό, ανάλογη με αυτή του βιολογικού κύκλου. Περισσότεροι κόκκινοι κλώνοι συλλέχθηκαν σε περιοχές όπου επικρατούν μη ολοκυκλικοί γενότυποι. Στον πρωτεύοντα ξενιστή το πλείστο των κλώνων ήταν πράσινου χρώματος. Επίσης, μελετήθηκε η παραγωγή διαφορετικών μορφών απογόνων σε συνθήκες μικρής ημέρας (SD) από 21 ολοκυκλικούς, 48 ανδροκυκλικούς και έναν ενδιάμεσο κλώνο του M. persicae που συλλέχθηκαν από διάφορους ξενιστές και περιοχές καθώς και η επίδραση στην παραγωγή τους από τον μηχανισμό μέτρησης χρονικού διαστήματος (interval timer). Οι διαφορές που παρατηρήθηκαν μεταξύ των ολοκυκλικών των κλώνων στην παραγωγή διαφορετικών μορφών απογόνων δεν μπορούν να συσχετιστούν με το διαφορετικό γεωγραφικό πλάτος που συλλέχθηκαν λόγω της ενδοτοπικής παραλλακτικότητας που παρουσιάστηκε. Χαρακτηριστικό των ανδροκυκλικών και του ενδιάμεσου κλώνου είναι η ενδοκλωνική παραλλακτικότητα στην παραγωγή των σεξουαλικών μορφών που παράγουν. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι η παραγωγή διαφορετικών μορφών σε SD μετά την εκκόλαψη του διαχειμάζοντος ωού ρυθμίζεται από τον μηχανισμό μέτρησης χρονικού διαστήματος. Υπάρχουν δύο μηχανισμοί: ο ένας ελέγχει την παραγωγή των θηλυτόκων και ο άλλος των αρσενικών. Τα θηλυτόκα εμφανίζονται τρεις γενιές μετά την εκκόλαψη του διαχειμάζοντος ωού σε ποσοστό που αυξάνει προοδευτικά από γενιά σε γενιά, ενώ τα αρσενικά εμφανίζονται στις επόμενες γενιές (5η-6η). Η επίδραση του μηχανισμού στην παραγωγή των θηλυτόκων και ιδιαίτερα των αρσενικών διαρκεί για ορισμένο αριθμό γενεών μετά τη μετανάστευση των κλώνων από τη ροδακινιά. Σε άλλο πείραμα, μελετήθηκε η παραγωγή αρσενικών και θηλυτόκων από άπτερα παρθενογενετικά θηλυκά ολοκυκλικού κλώνου του M. persicαe, που μεταφέρθηκαν από συνθήκες μεγάλης ημέρας σε SD σε διάφορα στάδια ανάπτυξής τους προ και μετά τη γέννησή τους. Επίσης, η έκθεση άπτερων θηλυκών σε SD σε διάφορα στάδια ανάπτυξης προ της γέννησής τους εξετάστηκε σε εννέα επιπλέον κλώνους, που προέρχονται από διαφορετικές περιοχές. Τα άπτερα που μεταφέρονται σε συνθήκες μικρής ημέρας σε μικρότερο στάδιο ανάπτυξης παράγουν περισσότερους αρσενικούς απογόνους και η παραγωγή τους αρχίζει ενωρίτερα. Αντίθετα τα άπτερα που μεταφέρθηκαν σε συνθήκες μικρής ημέρας μετά το τέταρτο νυμφικό στάδιο γέννησαν αποκλειστικά θηλυκούς απόγονους. Άπτερα παρθενογενετικά θηλυκά γεννήθηκαν από αφίδες που μεταφέρθηκαν σε SD 0-1 προ ή μετά τη γέννησή τους. Στις αφίδες που εκτέθηκαν σε SD προ της γέννησής τους ή στο πρώτο νυμφικό στάδιο, όλα τα πτερωτά θηλυκά που γεννήθηκαν ήταν θηλυτόκα. Το ποσοστό των θηλυτόκων μεταξύ των πτερωτών θηλυκών απογόνων μειώνεται όσο αυξάνει το νυμφικό στάδιο έκθεσης των αφίδων σε SD. O αριθμός των συνολικών απογόνων και των εμβρύων ανά ωοσωλήνα μειώνεται με την αύξηση του χρόνου έκθεσης σε SD. Επίσης, η αύξηση στην παραγωγή των αρσενικών που ακολουθεί την μεταφορά των αφίδων σε SD σε μικρότερο στάδιο ανάπτυξης παρατηρήθηκε σε οκτώ από τους εννέα επιπλέον κλώνους που εξετάστηκαν. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης συζητούνται σε σχέση με τη βιοοικολογία του είδους και την ποικιλότητα που παρουσιάζει στην Ελλάδα.