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

Współczesne badania z zakresu systematyki i filogenetyki owadów opierają się na porównaniu wyników badań morfologicznych, ekologicznych, cytogenetycznych i molekularnych (Ryciny 1 - 6). Prostoskrzydłe są jedną z lepiej poznanych grup owadów, jednak pozycja wielu taksonów nie została do tej pory jednoznacznie wyjaśniona. Prowadzone są badania nad genetycznym zróżnicowaniem pasikoników z nadrodziny Tettigonioidea (Ryc.1), ze szczególnym uwzględnieniem relacji pomiędzy gatunkami i grupami gatunków w obrębie kilku podrodzin w Palearktyce i wschodniej Afryce. Kolejnym zagadnieniem są badania populacyjne bezskrzydłego szarańczaka (Acridoidea), politypowego gatunku Podisma sapporensis rozmieszczonego na japońskiej wyspie Hokkaido, który z uwagi na wysoki polimorfizm chromosomów okazał się modelowym organizmem do badań genetycznych. 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:

Komitet Badań Naukowych; nr 6 P04C 035 16; „Zastosowanie analizy morfologicznej i cytogenetycznej do wyjaśnienia problemów taksonomicznych i ewolucyjnych wybranych grup Orthoptera Wschodniej Azji” (kierownik: prof. dr hab. Elżbieta Warchałowska-Śliwa, wykonawcy z ISEZ PAN; Uniwersytet w Nowosybirsku, Rosja prof. Alexander Bugrov); 1999-2001

Ministerstwo Nauki i Informatyzacji; nr 2 P04C 088 26; „Genetyczne podłoże specjacji na przykładzie politypowego gatunku bezskrzydłego szarańczaka Podisma sapporensis Shir. (Insecta, Orthoptera)” (kierownik: prof. dr hab. Elżbieta Warchałowska-Śliwa, wykonawcy z: ISEZ PAN prof. dr hab. Anna Maryańska-Nadachowska; Uniwersytet w Nowosybirsku, Rosja prof. Alexander Bugrov); 2004-2007

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, N30301731/0639. „Genetyczne pokrewieństwa pomiędzy europejskimi gatunkami z rodzaju Philaenus (Aphrophoridae, Auchenorrhyncha, Hemiptera). (kierownik prof. dr hab. Anna Maryańska-Nadachowska, wykonawcy: dr Dorota Lachowska-Cierlik ISEZ PAN; prof. Valentina G. Kuznetsova, Instytut Zoologii RAN, ST. Petersburg, Rosja; prof. Sakis Drosopoulos Uniwersytet Rolniczy w Atenach, Grecja), 2006-2009.

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego; nr 303 2409 33; „Filogeneza pasikoników z rodzaju Isophya (Orthoptera: Tettigoniidae) w oparciu o dane molekularne” (kierownik: prof. dr hab. Elżbieta Warchałowska-Śliwa - grant promotorski dla mgr Beata Grzywacz); 2008-2009

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

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

Wybrane publikacje:

Hemp C., Grzywacz B., Warchałowska-Śliwa E., Hemp A. 2015. 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. doi: 10.1007/s13127-015-0244-4

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.

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.

Kowalczyk M., Tatsuta H., Grzywacz B., Warchałowska-Śliwa E. 2008. Relationship between chromosomal races/subraces in the brachypterous grasshopper Podisma sapporensis Shiraki (Orthoptera: Acrididae) inferred from mitochondrial ND2 and COI gene sequences. Annals of Entomological Society of America 101: 837-844.

Warchałowska-Śliwa E., Tatsuta H., Akimoto S., Maryańska-Nadachowska A., Kowalczyk M., Bugrov A.G. 2008. Geographical patterns of chromosomal differentiation in the brachypterous grasshopper Podisma sapporensis Shiraki (Orthoptera: Acrididae). European Journal of Entomology 105: 185-196.

Bugrov A. G., Karamysheva T.V., Perepelov E., Elisaphenko E. A., Rubtsov D.N., Warchałowska-Śliwa E., Tatsuta H., Rubtsov N.B. 2007. DNA content of the B chromosomes in grasshopper Podisma kanoi Storozh. (Orthoptera, Acrididae). Chromosome Research 15: 315-325.

Tatsuta H., Hoshizaki S., Bugrov A.G., Warchalowska-Sliwa E., Tatsuki S., Akimoto S. 2006. Origin of chromosomal rearrangement: phylogenetic relationship between X0/XX and XY/XX chromosomal races in the brachypterous grasshopper Podisma sapporensis (Orthoptera: Acrididae). Annals of the Entomological Society of America 99: 457-462.