Filogeografia, genetyka konserwatorska i ekologia molekularna stepowej koleopterofauny

Siedliska kserotermiczne są reliktami euroazjatyckich stepów, a stepowe gatunki są silnie zagrożone w efekcie niekorzystnych warunków klimatycznych i przekształceń antropogenicznych.

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.

W ramach realizacji trzech projektów grantowych w latach 2010-2015 opracowywano zagadnienia związane z poznaniem historii i aktualnego zróżnicowania oraz stopnia izolacji populacji wybranych kserotermicznych (stepowych) gatunków chrząszczy oraz poznaniem relacji stepowej koleopterofauny z roślinami żywicielskich.

Do poznania genetyki populacyjnej wybranych gatunków i populacji kserotermicznych chrząszczy z Europy Środkowo-Wschodniej wykorzystano analizę zmienności wybranych markerów molekularnych. W efekcie przeprowadzonych badań opisano filogeografię i genetykę konserwatorską kilku gatunków chrząszczy – trzech ryjkowców (Curculionidae), trzech stonek (Chrysomelidae) i jednego bogatka (Buprestidae). Wyniki tych badań wskazały na znacznie dłuższą niż holoceńska historię populacji stepowej koleopterofauny, nie tylko w obszarach pontyjskim i pannońskim ale także na terenie Polski. Wykryto niską zmienność genetyczną populacji w skali lokalnej i regionalnej, natomiast wyraźną odrębność populacji z odległych i izolowanych obszarów. Zidentyfikowano jednostki ewolucyjne o znaczeniu konserwatorskim a w niektórych przypadkach wskazujące także na odrębność taksonomiczną.

Drugi etap badań dotyczył poznania relacji między kserotermicznymi (stepowymi) chrząszczami a ich roślinami żywicielskimi w Europie Środkowo-Wschodniej. W wyniku przeprowadzonych analiz składu pokarmowego 59 gatunków ryjkowców i 55 gatunków stonek na bazie przygotowanej biblioteki barkodów roślin stepowych (ponad 150 gatunków), wykryto 224 powiązania troficzne. Rośliny żywicielskie weryfikowano lub identyfikowano wykorzystując tradycyjne sekwencjonowanie metodą Sangera dla mono- i oligofagów oraz sekwencjonowanie nowej generacji dla polifagów. Badania te dostarczyły informacji nie tylko poszerzających wiedzę na temat ekologii stepowych zespołów ale także stanowią istotną podstawę do efektywnego planowania ochrony owadów i flory kserotermicznej w Europie.

Realizacja badań w ramach grantów:

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego; nr 3111/B/P01/2009/37; „Struktura genetyczna środkowoeuropejskich populacji kserotermicznych chrząszczy (Coleoptera: Buprestidae, Chrysomelidae): historia kolonizacji, stopień izolacji i status taksonomiczny” (kierownik: dr Daniel Kubisz, wykonawcy z ISEZ PAN: dr Łukasz Kajtoch; dr hab. Wiesław Babik); 2010-2013.

Narodowe Centrum Nauki; nr N N303 612238; „ Wpływ izolacji muraw kserotermicznych na genetyczną strukturę populacji ryjkowca Centricnemus leucogrammus: implikacje konserwatorskie” (kierownik: dr hab. Łukasz Kajtoch; wykonawcy z ISEZ PAN: dr Daniel Kubisz; dr hab. Wiesław Babik); 2010-2013.

Narodowe Centrum Nauki; nr UMO-2011/01/B/NZ8/01491; „Chrząszcze (Curculionoidea, Chrysomeloidea) i ich rośliny żywicielskie zagrożonych siedlisk kserotermicznych: wnioskowanie o interakcjach ewolucyjnych i ekologicznych na podstawie analizy barkodów DNA” (kierownik: dr hab. Łukasz Kajtoch; wykonawcy z ISEZ PAN: dr Daniel Kubisz); 2011-2015

Wybrane publikacje:

Kajtoch Ł., Cieślak E., Varga Z., Paul W., Mazur M.A., Sramkó G., Kubisz D. (accepted). Phylogeographic patterns of steppe species in Eastern Central Europe: a review and the implications for conservation. Biodiversity and Conservation.

Kajtoch Ł., Kubisz D., Heise W., Mazur M.A., Babik W.2015. Plant – herbivorous beetle networks: Molecular characterization of trophic ecology within a threatened steppic environment. Molecular Ecology. 24: 4023–4038.

Kajtoch Ł., Mazur M.A. 2015. The impact of environmental conditions on efficiency of host plant DNA barcoding for polyphagous beetles. Environmental Entomology. 44: 325-329

Heise W., Babik W., Kubisz D., Kajtoch Ł. 2015. A three-marker DNA barcoding approach for ecological studies of xerothermic plants and herbivorous insects from central Europe. Botanical Journal of the Linnean Society. 177: 576–592

Mazur M.A., Kubisz D., Ścibior R. Kajtoch Ł. 2015. Zaciętka Cheilotoma musciformis – wymierający relikt stepowej koleopterofauny w Polsce. [Cheilotoma musciformis – endangered relic of steppe coleopterofauna in Poland]. Chrońmy Przyrodę Ojczystą. 71: 336–346

Kajtoch Ł., Mazur M., Kubisz D., Mazur M.A., Babik W. 2014. Low effective population sizes and limited connectivity in xerothermic beetles: Implications for the conservation of an endangered habitat. Animal Conservation 5: 454–466.

Mazur M.A., Kubisz D., Kajtoch Ł. 2014. Restricted geographic distribution and low genetic distinctiveness of steppic Crioceris quinquepunctata (Coleoptera: Chrysomelidae) populations in central-east Europe. Entomologica Fennica 25: 103–111.

Kajtoch Ł. 2014. A DNA metabarcoding study of a polyphagous beetle dietary diversity: the utility of barcodes and sequencing techniques. Folia Biologica (Krakow) 62: 223-234.

Kajtoch Ł., Kubisz D., Gutowski J.M., Babik W. 2014. Evolutionary units of Coraebus elatus (Coleoptera: Buprestidae) in central and eastern Europe - implications for origin and conservation. Insect Conservation and Diversity 7: 41–54.

Kajtoch Ł., Kubisz D., Lachowska-Cierlik D., Mazur M.A. 2013. Conservation genetics of endangered leaf-beetle Cheilotoma musciformis populations in Poland. Journal of Insect Conservation 17: 67–77.

Kubisz D., Kajtoch Ł., Mazur M.A., Lis A., Holecová M. 2012. Conservation genetics of highly isolated populations of xerothermic Crioceris quatuordecimpunctata (Coleoptera: Chrysomelidae). Invertebrate Biology 131: 333-344.

Kajtoch Ł., Brzyska-Nadachowska K., Babik W. 2012. Development and characterization of microsatellite loci in the Centricnemus leucogrammus weevil. Molecular Biology Reports 39: 11131-11136.

Kubisz D., Kajtoch Ł., Mazur M.A., Rizun V. 2012. Molecular barcoding for central- eastern European Crioceris leaf-beetles (Coleoptera: Chrysomelidae). Central European Journal of Biology. 7: 69-76.

Kajtoch Ł., Korotyaev B., Lachowska-Cierlik D. 2012. Genetic distinctness of parthenogenetic forms of European Polydrusus weevils of the subgenus Scythodrusus. Insect Science 19: 183-194.

Kajtoch Ł. 2011. Conservation genetics of xerothermic beetles in Europe: the case of Centricnemus leucogrammus. Journal of Insect Conservation 15: 787-797.