Badania cytogenetyczne i molekularne prostoskrzydłych (Orthoptera)

Współczesne badania z zakresu systematyki i filogenetyki owadów opierają się na porównaniu wyników badań morfologicznych, ekologicznych, cytogenetycznych i molekularnych. Owady prostoskrzydłe są jedną z lepiej poznanych grup owadów, jednak pozycja wielu taksonów nie została do tej pory jednoznacznie wyjaśniona. W Zakładzie prowadzone są m.in. badania nad genetycznym zróżnicowaniem pasikoników z nadrodziny Tettigonioidea) (Ryc.1) i poznaniem relacji pomiędzy gatunkami i grupami gatunków w obrębie kilku podrodzin w Palearktyce i wschodniej Afryce. Do badań chromosomów wykorzystywana jest technika różnicowego barwienia chromosomów, obejmująca prążki C; Ag-NOR; chromomycyny A3 - CMA3 i 4-6-diamidino-2-phenylindole – DAPI oraz analiza specyficznych fragmentów chromosomów przy zastosowaniu metody cytogenetyczno- molekularnej (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ – FISH) (Ryc. 2a-c, 3c,d, 4d). Badania nasze obejmują również określenie stopnia zróżnicowania sekwencji nukleotydów fragmentów mitochondrialnego (mtDNA) i jądrowego (rDNA) DNA (Ryc. 3a, 4e).

Zastosowanie odpowiednich markerów pozwala na stworzenie fizycznych map chromosomów, określanie źródeł zróżnicowania chromosomów i ewolucję genomu w obrębie poszczególnych taksonów. Wyniki badań genetycznych są pomocne przy wyjaśnianiu powiązań filogenetycznych i filogeograficznych między poszczególnymi taksonami (Ryc. 3a-d). Uzyskane dane genetyczne wraz z informacjami morfologicznymi, bioakustycznymi, biogeograficznymi, ekologicznymi oraz molekularnymi pozwoliły m. in. na opisanie nowego rodzaju i gatunku oraz wyjaśnienie ich pozycji taksonomicznej w obrębie podrodzin pasikoników ze wschodniej Afryki (Ryc. 4).

Badania prowadzone są we współpracy z naukowcami z Bułgarii, Niemiec, Rosji i Japonii.

1. Ryc. 1. Przedstawiciele pasikoników z podrodzin Hetrodinae, Tettigoniinae i Phaneropterinae.
2. Ryc. 2a-c. Zastosowanie klasycznych metod cytogenetycznych i cytogenetyczno-molekularnych na przykładzie genomu gatunku Isophya rhodopensis (Phaneropterinae); techniki barwienia chromosomów (a) prążków C, (c) Ag-NOR, (b) fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) z sondą zawierającą odcinek kodujący 18S rRNA (kolor zielony) i sekwencje (TTAGG)n (tDNA) (kolor czerwony).
3. Ryc. 3a-d. (a) Określenie pokrewieństwa i (b) rozmieszczenia gatunków z rodzaju Isophya z terenu Bułgarii na podstawie; (a) określenia stopnia zróżnicowania sekwencji mtDNA, (c) opisania specyficznych cech kariotypów z zastosowaniem prążków C, (d) Ag-NOR i specyficznych fragmentów DNA metodą FISH.
4. Ryc. 4. Połączenie badań morfologicznych, ekologicznych, akustycznych, genetycznych i molekularnych pozwoliło na opis nowego rodzaju i gatunku afrykańskich pasikoników z plemienia Acrometopini [na podstawie publikacji Hemp C., Voje K.L., Heller K-G., Warchałowska-Śliwa E., Hemp A. 2010. A new genus in African Acrometopini (Tettigoniidae: Phaneropterinae) based on morphology, chromosomes, acoustics, distribution, and molecular data, and the description of a new species. Zoological Journal of the Linnean Society 158: 66-82.