Badania genetyczne owadów prostoskrzydłych (Orthoptera) i pluskwiaków równoskrzydłych (Hemiptera)

Współczesne badania pokrewieństwa pomiędzy owadami prowadzone są z zastosowaniem nowoczesnych metod taksonomii integratywnej, która opiera się na łączeniu i porównaniu danych morfologicznych, bioakustycznych, genetycznych i ekologicznych (Ryciny 1 - 6).

Jedną z interesujących grup owadów są prostoskrzydłe, które charakteryzują się między innymi adaptacjami do skrajnie suchych środowisk, bardzo rozbudowaną wokalizacją i gigantyzmem genomowym z licznymi niefunkcjonalnymi kopiami genów. Systematyka Orthoptera nadal nie została ujednolicona, a powszechnie uznawane relacje pokrewieństwa ustalone w oparciu o cechy morfologiczne budzą wątpliwości i do tej pory nie zostały jednoznacznie wyjaśnione. Obiektem badań genetycznych prowadzonych w Zakładzie są pasikoniki z nadrodziny Tettigonioidea (Ryc.1), ze szczególnym uwzględnieniem gatunków z kilku podrodzin występujących w Palearktyce i wschodniej Afryce oraz szarańczak Podisma sapporensis (Acridoidea) rozmieszczony na japońskiej wyspie Hokkaido. Efektem tych badań jest uporządkowanie systematyki analizowanych owadów oraz opisanie nowych dla nauki gatunków i/lub rodzajów.

Badania cytogenetyczne pluskwiaków równoskrzydłych dotyczą nadrodziny Psylloidea (Sternorrhyncha) i wybranych rodzin Auchenorrhyncha. Mają one na celu poznanie mechanizmów prowadzących do zróżnicowania kariotypów w obrębie i między badanymi taksonami. Zmienność chromosomowa odzwierciedla kierunki ewolucji genomu i dane te są przydatne w badaniach taksonomicznych (Ryc. 5). Z kolei analizy cytogenetyczne i genetyczne rodzaju Philaenus pozwoliły na poznanie filogenezy należących tu gatunków (Ryc. 6). Szczegółowe badania gatunku P. spumarius o palearktycznym zasięgu wykazały jego wysokie zróżnicowanie genetyczne.

Zastosowanie odpowiednich markerów pozwala na stworzenie fizycznych map chromosomów (Ryc. 2a-c, 3c,d, 4d), określanie źródeł zróżnicowania chromosomów i ewolucję genomu w obrębie poszczególnych taksonów. Otrzymane wyniki są pomocne przy (1) wyjaśnianiu powiązań filogenetycznych i filogeograficznych między poszczególnymi taksonami (Ryc. 3a,b); (2) weryfikacji hipotez potwierdzających odrębność gatunkową badanych taksonów; (3) identyfikacji jednostek taksonomicznych (Ryc. 3a-d). Uzyskane dane genetyczne wraz z informacjami morfologicznymi, bioakustycznymi, biogeograficznymi, ekologicznymi pozwalają na opisanie nowych rodzajów, gatunków, oraz wyjaśnienie ich pozycji taksonomicznej w obrębie podrodzin pasikoników [np. z Palearktyki i ze wschodniej Afryki (np. Ryc. 4)] i pluskwiaków równoskrzydłych. Badania prowadzone są we współpracy z naukowcami z Bułgarii, Hiszpania, Japonii, Niemiec i Rosji.

Realizacja badań w ramach grantów:

Narodowe Centrum Nauki; nr 2011/01/B/NZ8/1467; „Filogeneza palearktycznych pasikoników podrodziny Tettigoniinae (Insecta: Orthoptera: Tettigoniidae) w oparciu o cechy molekularne, cytogenetyczne, morfologiczne i bioakustyczne”; (kierownik dr Beata Grzywacz, wykonawca z ISEZ PAN prof. dr hab. Elżbieta Warchałowska-Śliwa); 2011-2015

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Narodowe Centrum Nauki; nr 6117/B/P01/2010/38 i NN303611738 „Filogenetyczne relacje w plemieniu Barbitistini (Orthoptera, Tettigoniidae, Phaneropterinae) w oparciu o badania genetyczne” (kierownik: prof. dr hab. Elżbieta Warchałowska-Śliwa, wykonawc: z ISEZ PAN dr Beata Grzywacz, Instytutu Biologii BAN dr Dragan Chobanov); 2010-2013

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego; nr N N305 579839; „Fitogeografia pienika ślinianki Philaenus spumarius (Hemiptera, Auchenorrhyncha, Aphrophoridae)” (kierownik prof. dr hab. Anna Maryańska-Nadachowska, wykonawca z ISEZ PAN dr Łukasz Kajtoch); 2010-2012

Wybrane publikacje:

Kociński M., Chobanov D., Grzywacz B. 2022. New insights into the genetic diversity of the Balkan bush-crickets of the Poecilimon ornatus group (Orthoptera: Tettigoniidae). Arthropod Systematics & Phylogeny 80: 243-259.

Heller K.-G., Chobanov D., Warchałowska-Śliwa E., Hemp C. 2022. Review of song patterns and song production in armoured ground crickets (Orthoptera: Tettigoniidae: Hetrodini) with karyological data and taxonomic notes. Zootaxa 5120(4): 451-481.

Ingrisch S., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Liu C. 2021. On the biology of the high-altitude katydid Anormalous zhangi Liu, 2011 (Insecta: Orthoptera, Tettigoniidae, Phaneropterinae) from Yunnan: Development, Behaviour, Stridulation, Chromosomes, Systematics: 205-215. In book: HARTMANN, M.; M. V. L. BARCLAY & J. WEIPERT (eds): Biodiversität und Naturausstattung im Himalaya VII; 205-215 pp. Publisher: Verein der Freunde & Förderer des Naturkundemuseums Erfurt e.V., Erfurt: 594 S.

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Kociński M., Maryańska-Nadachowska A., Heller K.-G., Hemp C. 2021. Highly divergent karyotypes and barcoding of the East African genus Gonatoxia Karsch (Orthoptera: Phaneroipterinae). Scientific Reports 11: 22781.

Heller K.-G., Baker E., Ingrisch S., Korsunovskaya O., Liu C-H, Riede K., Warchałowska-Śliwa E. 2021. Bioacoustics and systematics of Mecopoda (and related forms) from South East Asia and adjacent areas (Orthoptera, Tettigonioidea, Mecopodinae) including some chromosome data. Zootaxa 5005 (2): 101-114.

Grzywacz B., Warchałowska-Śliwa E., Kociński M., Heller K.-G., Hemp C. 2021. Diversification of the Balloon bushcrickets (Orthoptera, Hexacentrinae, Aerotegmina) in the East African mountains. Scientific Reports 11: 9878.

Cole J.A., Weissman D.B., Lightfoot D.C., Ueshima N., Warchałowska-Śliwa E., Maryańska-Nadachowska A., Chatfield-Taylor W. 2021. A revision of the shield-back katydid genus Neduba (Orthoptera: Tettigoniidae: Tettigonninae: Nedubini). Zootaxa Monograph 4910 (1): 001-092.

Kociński M., Grzywacz B., Hristov G., Chobanov D. 2021. A taxonomic outline of the Poecilimon affinis complex (Orthoptera) using the geometric morphometric approach. PeerJ 9:e12668.

Kociński M. 2020. The relationships within the Poecilimon ornatus group (Orthoptera: Phaneropterinae) based on the cytochrome c oxidase I gene. Folia Biologica (Kraków) 68: 7-13.

Heller K.-G., Volleth M., Vedenin V., Maryańska-Nadachowska A., Warchałowska-Śliwa E. 2020. A perfect duet? The acoustic behaviour of Anaulacomera almadaenis sp. nov., a species with an unusual chromosome complement, discovered in the footsteps of the explorers Spix and Martius in Brazil. Spixiana 43(1): 105-118.

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B, Maryańska-Nadachowska A., Heller K.G., Hemp C. 2020. Rapid chromosomal evolution in the bush-cricket Gonatoxia helleri Hemp, 2016 (Orthoptera, Phaneropterinae). Comparative Cytogenetics 14(3): 417-435.

Warchałowska-Śliwa E., Rhee H., Heller K.-G., Grzywacz B. 2020. Tribal affiliation of endemic Macaronesian bush-crickets similar to Tettigonia (Orthoptera: Tettigoniidae): inference from chromosomes and taxonomy. European Journal of Entomology 117: 157-163.

Grzywacz B., Tatsuta H., Bugrov A.G., Warchałowska-Śliwa E. 2019. Cytogenetic markers reveal a reinforcement of variation in the tension zone between chromosome races in the brachypterous grasshopper Podisma sapporensis Shir. On Hokkaido Island. Scientific Reports 9: 16860.

Kociński M., Grzywacz B., Chobanov D., Warchałowska-Śliwa E. 2018. New insights into the karyotype evolution of the genus Gampsocleis (Orthoptera, Tettigoniinae, Gampsocleidini). Comparative Cytogenetics 12(4): 529-538.

Grzywacz B., Lehmann A.W., Chobanov D.P., Lehmann G.U.C. 2018. Multiple origin of flightlessness in Phaneropterinae bushcrickets and redefinition of the tribus Odonturini (Orthoptera: Tettigonioidea: Phaneropteridae). Organisms Diversity & Evolution 18: 327-339.

Heller K.-G., Hemp C., Massa B., Kociński M., Warchałowska-Śliwa E. 2018. Paraplangia sinespeculo, a new genus and species of bush-cricket, with notes on its biology and a key to the genera of Phaneropterinae (Orthoptera: Tettigonioidea) from Madagascar. Journal of Orthoptera Sociaty Research 27(2): 143-153.

Massa B., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Moulin N. 2018. The tropical African genus Morgenia (Orthoptera: Tettigoniidae: Phaneropterinae) and its spur in the mid tibia. Deutsche Entomologische Zeitschrift 65(2): 161-175.

Grzywacz B., Tatsuta H., Shikata K., Warchałowska-Śliwa E. 2018. A comparative chromosome mapping study in Japanese Podismini Grasshoppers (Orthoptera: Acrididae: Melanoplinae). Cytogenetic and Genome Research 154: 37-44.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Hemp A. 2018. New genera and new species of Acrometopini (Orthoptera: Tettigonioidea Phaneropterinae) from East Africa and a review of all known stridulatory organs, songs and karyotypes of the tribe. Insect Systematics and Evolution 49: 241-298.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B. 2018. A molecular phylogeny of East African Amytta (Orthopteraa: Tettigoniidae, Meconematinae) with data on their cytogenetics. Systematic Entomology 43(2): 239-249.

Grzywacz B., Tatsuta H. 2017. Phylogenetic relationship of Japanese Podismini species (Orthoptera: Acrididae: Melanoplinae) inferred from a partial sequence of cytochrome c oxidase subunit I gene. Journal of Orthoptera Research 26: 11-19.

Heller K.-G., Ingrisch S., Liu Ch-X., Shi F-M, Hemp C., Warchałowska-Śliwa E., Rentz D.C.F. 2017. Complex songs and criptic ethospecies: the case of the Ducetia japonica group (Orthoptera: Tettigonioidea: Phaneropteridae: Phaneropterinae). Zoological Journal of the Linnean Sociaty 181(2): 286-307.

Grzywacz B., Heller K.-G., Chobanov D.P., Warchałowska-Śliwa E. 2017. Conventional and molecular chromosome study in the European genus Parnassiana Zeuner, 1941 (Orthoptera, Tettigoniinae, Platycleidini). Folia Biologica (Kraków) 65(1): 1-8.

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Heller K.-G., Chobanov D.P. 2017. Comparative analysis of chromosomes in the Palaearctic bush-crickets of tribe Pholidopterini (Orthoptera, Tettigoniinae). Comparative Cytogenetics 11(2): 309-324.

Grzywacz B., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Karamysheva T.V., Chobanov D.P. 2017. Evolution and systematics of Green Bush-crickets (Orthoptera: Tettigoniidae: Tettigonia) in the Western Palaearctic: testing concordance between molecular, acustic, and morphological data. Organisms Diversity and Evolution 17: 213-228.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Hemp A. 2017. Review of the African species of the phaneropterine genus Parapyrrhicia Brunner von Wattenwyl, 1891 (Insecta : Orthoptera); secret communication of a forest-bound taxon. Organisms Diversity and Evolution 17: 231-250.

Chobanov D.P., Haya S., Grzywacz B., Warchałowska-Śliwa E., Çıplak B. 2017. The Anatolio-Balkan phylogeographic fault: a snapshot from the genus Isophya (Orthoptera, Tettigoniidae). Zoologica Scripta 46: 165-179.

Hemp C., Warchałowska-Śliwa E., Hemp A. 2016. Spotted males, uniform females and the lowest chromosome number in Tettigoniida recorded: review of the genus Gonatoxia Karsch (Orthoptera, Phaneropterinae). Deutsche Entomologische Zeitschrift 63(2): 271-286.

Hemp C., Grzywacz B., Warchałowska-Śliwa E., Hemp A. 2016. Topography and climatic fluctuations boosting speciation: biogeography and a molecular phylogeny of the East African genera Afroanthracites Hemp & Ingrisch and Afroagraecia Ingrisch & Hemp (Orthoptera, Tettigoniidae, Conocephalinae, Agraeciini). Organisms Diversity and Evolution 16 (1): 211-223.

Grzywacz B., Hemp C., Heller K.-G., Hemp A., Chobanov D.P., Warchałowska-Śliwa E. 2015. Cytogenetics and molecular differentiation in the African armoured ground bushcrickets (Orthoptera: Tettigoniidae: Hetrodinae). Zoologischer Anzeiger 259: 22-30.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Hemp A. 2015. Review of the Plangia graminea (Serville) complex and the description of new Plangia species from East Africa (Orthoptera: Phaneropteridae, Phaneropterinae) with data on habitat, bioacoustics, and chromosomes. Organisms Diversity and Evolution 15: 471-488.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Hemp A. 2015. A new species of Philoscirtus (Orthoptera: Phaneropterinae: Mecopodinae) from the West Usambara Montains of Tanzania and its conservation status. Zootaxa 3905(2): 273-282.

Hemp C., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Hemp A. 2015. Ecology, acustic and chromosomes of the East African genus Afroanthracites Hemp & Ingrisch (Orthoptera, Tettigoniidae, Conocephalinae, Agraeciini) with the description of new species. Organisms Diversity and Evolution 15 (2): 351-368.

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Maryańska-Nadachowska A. Hemp, C. Hemp. A. 2015. Different steps in the evolution of neo-sex chromosomes in two East African Spalacomimus species (Orthoptera: Tettigoniidae: Hetrodinae). European Journal of Entomology 112 (1): 1-10.

Maryańska-Nadachowska A., Sanaie E., Kajtoch Ł. 2015. High genetic diversity in Southwest Asian populations of Philaenus spumarius (Hemiptera, Auchenorrhyncha). Zoology of the Middle East 61 (3): 264-272.

Lis A., Maryańska-Nadachowska A., Kajtoch Ł. 2015. Relations of Wolbachia infection with phylogeography of Philaenus spumarius (Hemiptera: Aphrophoridae) populations within and beyond the Carpathian contact zone. Microbial Ecology 70: 509-521.

Grzywacz B., Chobanov D.P., Maryańska-Nadachowska A., Karamysheva T.V., Heller K.-G., Warchałowska-Śliwa E. 2014. A comparative study of genome organization and inferences for the systematics of two large bushcricket genera of the tribe Barbitistini (Orthoptera: Tettigoniidae: Phaneropterinae). BMC Evolutionary Biology 14: 48.

Grzywacz B., Heller K.-G., Lehmann A.W., Warchałowska-Śliwa E., Lehmann G.U.C. 2014. Chromosomal diversification in the flightless western mediterranen bushcricket genus Odontura (Orthoptera: Tettigoniidae: Phaneropterinae) inferred from molecular data. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 52: 109-118.

Lis A., Maryańska-Nadachowska A., Lachowska-Cierlik D., Kajtoch Ł. 2014. The Secondary Contact Zone of Phylogenetic Lineages of the Philaenus spumarius (Hemiptera: Aphrophoridae): An Example of Incomplete Allopatric Speciation. Journal of Insect Science 14(219) DOI: 10.1093/jisesa/ieu089

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Maryańska-Nadachowska A., Karamysheva T., Heller K.-G., Lehmann A.W., Lehmann G.U.C., Chobanov D.P. 2013. Molecular and classical chromosomal techniques reveal diversity in bushcricket genera of Barbitistini (Orthoptera). Genome 56: 667-676.

Warchałowska-Śliwa E., Grzywacz B., Maryańska-Nadachowska A., Karamysheva T., Chobanov D. P., Heller K.-G. 2013. Cytogenetic variability among Bradyporinae species (Orthoptera: Tettigoniidae). European Journal of Entomology 110: 1-12.

Maryańska-Nadachowska A., Kuznetsova V. G., Karamysheva T.V. 2013. Chromosomal location of rDNA and TTAGG telomeric repeats in eight species of the spittlebug genus Philaenus (Hemiptera: Auchenorrhyncha:Aphrophoridae). European Journal of Entomology 110: 411-418.

Maryańska-Nadachowska A., Kajtoch Ł. Lachowska D. 2012. Genetic diversity of Philaenus spumarius and P. tesselatus (Hemiptera, Aphrophoridae): taxonomic implications for evaluation and taxonomy. Systematic Entomology 37: 55-64.

Maryańska-Nadachowska A., Kuznetsova V. G., Lachowska D., Drosopoulos S. 2012. Mediterranean species of the spittlebug genus Philaenus: modes of chromosome evolution. Journal of Insect Science 12, 54.

Grzywacz B., Maryańska-Nadachowska A., Chobanov D. P., Karamysheva T., Warchałowska-Śliwa E. 2011. Comparative analysis of the location of rDNA in the Palaearctic bushcricket genus Isophya (Orthoptera: Tettigoniidae: Phaneropterinae). European Journal of Entomology 108: 509-517.

Warchałowska-Śliwa E., Maryańska-Nadachowska A., Grzywacz B., Karamysheva T., Lehmann A.W., Lehmann G.U.C., Heller K.-G. 2011. Changes in the numbers of chromosomes and sex determination system in bushcrickets of the genus Odontura (Orthoptera, Tettigoniidae, Phaneropterinae). European Journal of Entomology 108: 183-195.

Maryańska-Nadachowska A., Drosopoulos S., Lachowska D., Kajtoch Ł., Kuznetsova V. G. 2010. Molecular phylogeny of the Mediterranean species of Philaenus (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Aphrophoridae) using mitochondrial and nuclear DNA sequences. Systematic Entomology 35 (2): 318-328.