Rozmieszczenie przestrzenne biotypów Aceria tosichella (Acari: Eriophyoidea) różniących się specyficznością żywicielską i stopniem inwazyjności

Finansowanie: Narodowe Centrum Nauki grant OPUS nr 2011/03/B/NZ8/00129

Kierownik projektu: Anna Skoracka

Wykonawcy: Lechosław Kuczyński, Mariusz Lewandowski, Wiktoria Szydło

Opis: Aceria tosichella (Keifer) (ang. wheat curl mite, WCM) jest przedstawicielem szpecieli (obligatoryjnie roślinożernych roztoczy) znanym na całym świecie jako szkodnik zbóż, głównie pszenicy. Jest on wektorem wirusów roślinnych, m. in.wirusa smugowatej mozaiki pszenicy, który jest odpowiedzialny za ogromne straty w uprawach zbóż na całym świecie. Wyniki badań dotyczących zróżnicowania genetycznego w obrębie A. tosichella ujawniły, że szpeciel ten nie jest jednolitym gatunkiem lecz kompleksem zróżnicowanych genetycznie form (‘biotypów’), prawdopodobnie gatunków kryptycznych. W zachodniej Polsce stwierdzono występowanie siedmiu biotypów WCM różniących się zakresem żywicieli i potencjałem zasiedlania roślin uprawnych. Jeden z biotypów (MT-1) okazał się być szczególnie inwazyjny, zdolny do zasiedlania wielu gatunków traw, w tym zbóż. Ponadto, poza Polską MT-1 został niedawno stwierdzony w Australii i Ameryce Południowej. Ogólnym celem badań było uzyskanie wiedzy na temat przestrzennego rozmieszczenia poszczególnych biotypów WCM, a w szczególności MT-1. Testowana była hipoteza, że ze względu na wyjątkowo niską specyficzność żywicielską i duży potencjał dyspersyjny biotyp MT-1 jest szeroko rozpowszechniony w krajobrazie rolniczym Polski i tym samym może stanowić potencjalne zagrożenie dla upraw zbóż.

Szczegółowe cele projektu:

  1. ocena rozmieszczenia i liczebności poszczególnych biotypów WCM;
  2. poznanie realizowanej niszy poszczególnych biotypów WCM;
  3. zrozumienie czynników decydujących o rozmieszczeniu przestrzennym i relacjach z roślinami żywicielskimi
    poszczególnych biotypów WCM;
  4. wykorzystanie wiedzy o zależnościach między występowaniem biotypów a czynnikami środowiska do projekcji ich rozmieszczenia przestrzennego.

Metody: Badania obejmowały: losowe próbkowanie z terenu całej Polski, analizę danych ilościowych i środowiskowych, barcoding DNA (w oparciu o mtDNA COI i D2 28S rDNA), eksperymentalną ocenę tempa wzrostu populacji w różnych temperaturach oraz predyktywne modelowanie rozmieszczenia.

Wyniki i znaczenie projektu: Testowana hipoteza o szerokim rozprzestrzenieniu biotypu MT-1 w krajobrazie rolniczym Polski została odrzucona, jednak rola tego biotypu jako szkodnika upraw zbóż nie została wykluczona, ponieważ w miejscu występowania osiągał on bardzo wysokie zagęszczenia. Okazało się natomiast, że dwa inne biotypy zasiedlające zboża są szeroko rozmieszczone na terenie całego kraju, co wskazuje na konieczność monitorowania nie jednego a trzech biotypów WCM. Przedstawione wzorce rozmieszczenia poszczególnych biotypów WCM na terenie Polski umożliwiły identyfikację potencjalnych dróg ich rozprzestrzeniania się.  Eksperymentalnie zdefiniowane wymagania termiczne i predykcja przestrzennej zmienności tempa wzrostu populacji biotypów zasiedlających zboża wskazały, że znaczna część obszaru naszego kraju jest odpowiednia dla ich rozwoju od maja do września. Ujawniliśmy ponad dwukrotnie większą różnorodność w obrębie kompleksu WCM niż dotychczas opisano, identyfikując łącznie 16 odrębnych linii genetycznych, w tym 9 dotąd nieznanych. Rekonstrukcja zależności filogenetycznych między biotypami umożliwiła oszacowanie czasu ich dywergencji, który pokrywa się z rozprzestrzenianiem się zbiorowisk trawiastych i ekspansją traw C4 na kuli ziemskiej. Aplikacyjne znaczenie projektu polega na opracowaniu metod umożliwiających predyktywne modelowanie występowania WCM i zidentyfikowaniu obszarów na terenie Polski, które są odpowiednie do rozwoju biotypów zasiedlających zboża i mających potencjał inwazyjny (tzw. risk maps). Ponadto, wiedza o wymaganiach termicznych biotypów związanych ze zbożami może być pomocna w przewidywaniu ich reakcji na zmiany klimatu i potencjalnych przesunięć zasięgów geograficznych.

Wybrane publikacje:

Skoracka A., Lewandowski M., Rector B.G., Szydło W., Kuczyński L. 2017. Spatial and Host-Related Variation in Prevalence and Population Density of Wheat Curl Mite (Aceria tosichella) Cryptic Genotypes in Agricultural Landscapes. PLoS ONE 12(1): e0169874. DOI: 10.1371/journal.pone.0169874

Kuczyński L., Rector B.G., Kiedrowicz A., Lewandowski M., Szydło W., Skoracka A. 2016. Thermal Niches of Two Invasive Genotypes of the Wheat Curl Mite Aceria tosichella: Congruence between Physiological and Geographical Distribution Data. PLoS ONE 11(4): e0154600. DOI: 10.1371/journal.pone.0154600

Skoracka A., Magalhães S., Rector B., Kuczyński L. 2015. Cryptic speciation in the Acari: a function of species lifestyles or our ability to separate species? Experimental and Applied Acarology 67: 165-182 , DOI: 10.1007/s10493-015-9954-8

Skoracka A., Rector B., Kuczyński L., Szydło W., Hein G. and French R. 2014. Global spread of wheat curl mite by its most polyphagous and pestiferous lineages. Annals of Applied Biology 165: 222-235, DOI: 10.1111/aab.12130