Введение к работе
Среди фитонематод много инвазивных видов, проникающих на новые территории
и наносящих большой вред природным экосистемам и сечьскохозяйственным культурам Наиболее опасные из них включены в карантинные списки Европейской организации по защите растений (ЕОЗР) и Российской Федерации Рост экспортных и импортных потоков лесоматериалов и сельскохозяиствсігаои продукции делают поиск и правильную диагностику фитонематод на территории РФ весьма актуальной За последнее десятилетие описано значительное число новых видов опасных фитопатогенных нематод Нематоды, или первичнополостные круглые черви, обладают однообразным строением, поэтому идентификация патогенных видов является трудной задачей До си\ пор зоологи-таксономисты и исследователи эволюции уделяли большое внимание высокоспециализированным (седентарным) эндопаразитическим цистообразующим и галловым нематодам, в то время как малоспециализированные временные (мигрирующие) эндопаразитические нематоды остаются относительно мало изученными
Временные эндопаразитические нематоды сем Pratylenchidae, Aphelenchoididae и Parasitaphelenchidae включают наиболее экономически важные виды, являющиеся возбудителями болезней сельскохозяйственных растений и лесонасаждений Вследствие молодости и разнообразия отношений с растениями и насекомыми эти нематоды служат прекрасным модельным объектом изучения фундаментальных проблем становления и эволюции взаимоотношений с хозяевами и переносчиками
Поэтому предметом настоящей работы стали диагностика, классификация, а также проблемы эволюции нематод вышеперечисленных семейств
Целями работы являются
-
Диагностика и классификация основных родов эндопаразитических нематод семейств Pratylenchidae (отряд Tylenchida) и Aphelenchoididae и Parasitaphelenchidae (отряд Aphelenchida) с помощью классических таксономических методов, а также инновационных методов компьютерных технологий и методов молекулярной биологии
-
Выявление ведущих факторов эволюции рассматриваемых фитопаразитических отрядов, семейств, родов и видов, включая факторы макроэволюции в отрядах и семействах, а также факторы видообразования внутри крупных родов фитонематод Проведение анализа происхождения и эволюции взаимоотношений в системе паразит-хозяин, а также сравнительного анализа распространения фитонематод, их
приуроченности к почвенно-климатическим условиям, растениям-хозяевам и насекомым-переносчикам
Для достижения даных целей автору необходимо было решить следующие задачи
-
Исследовать коллекционные материалы и таксономические описания Выявить наиболее эффективные диагностические признаки и составить их перечень для каждого изученного таксона вида, рода и семейства Выработать стандарты описания видов для каждого рода Выявить валидные названия и составить синонимические списки, произвести описания новых видов и переописания уже известных видов из материалов собственных сборов и исследованных коллекций
-
Выявить группы видов в пределах крупных родов фитонематод и признаки, их маркирующие Выявить связи групп видов нематод и параметров их местообитаний
-
Разработать текстовые ключи для идентификации видов, групп видов, родов и семейств фитонематод
-
Составить табличные ключи каждой группы признаков и отсортировать признаки в них по диагностической важности На базе табличных ключей разработать компьютерные идентификационные системы таксонов Расширить компьютерные системы за счет важнейших параметров местообитаний видов географического распространения, почвенно-климатических условии, растений-хозяев, переносчиков
-
С помощью современных методов оценить относительную значимость параметров местообитания для видообразования географического распространения, почвенно-климатических условий, растений-хозяев, переносчиков, и выявить те факторы, которые характеризуют эволюционные особенности отдельных родов нематод
-
Провести биогеографический анализ сем Aphelenchoididae, Parasitaphelenchidae и Pratylenchidae, предложив схемы их происхождения и расселения, исходя из особенностей современного распространения и эндемизма
-
Провести сравнительный анализ специализаций к условиям обитания в отрядах Tylenchida и Aphelenchida Предложить модель становления и эволюции паразит-хозяинных отношений у корневых нематод отряда Tylenchida и модель эволюции жизненных циклов отряда Aphelenchida (в связи с включением в цикл насекомых-переносчиков)
8 Исследовать отдельные виды семейств Pratylenchidae и Aphelenchoididae
молекулярными методами и оценить значимость последних для диагностики и построения
моделей филогении фитонематод
1 Сделаны таксономические ревизии, разработаны новые определители и
составлены наиболее полные фаунистические сводки по важным в практическом отношении группам нематод растений (родам, семействам и отрядам Aphelenchida и Tylenchida)
2 Нематоды семейств Pratylenchidae (отряд I ylenchida), Aphelenchoididae и
Parasitaphelenchidae (отряд Aphelenchida) впервые были изучены с применением
современных компьютерных технологий, для них впервые были разработаны
компьютерные ключи и информационно-поисковые системы, включающие
характеристики местообитаний видов
-
Впервые был проведен сравнительный анализ эволюционных тенденции в данных таксонах, как для павных направлений специализации к паразитическому образу жизни, так и для факторов видообразования (распространение, почвенно-климатические усчовия, растения-хозяева, переносчики) Разработаны модель становления и эволюции типов взаимоотношений корневых нематод с их хозяевами и модель эволюции жизненных циклов нематод надземных частей растений
-
Впервые показано, что для примитивных корневых нематод ведущим фактором видообразования являлись почвенно-климатические условия Это отличает примитивные группы от высокоспециализированных корневых паразитов, для которых свойственна сопряженная эволюция с хозяевами
-
Впервые показано, что у нематод, паразитирующих в надземных частях растений и имеющих насекомого-переносчика, видообразование осуществлялась как специализация к таксонам переносчика, а не растений-хозяев Следовательно, наиболее молодой элемент цикла нематод (переносчик) может иметь более важное эволюционное значение для видовой специализации, чем более древний (растение-хозяин)
6 Впервые высказана гипотеза о происхождении сем Aphelenchoididae,
Parasitaphelenchidae и Pratylenchidae в Гондване, с последующим их распространением в
Лавразийской части Пангеи, показаны пути расселения групп, исходя из особенностей
современного распространения и эндемизма отдельных таксонов
7 Произведена модификация подхода Брукса для изучения эволюции (вторичной парсимонии, или sBPA), заключающаяся в его выборочном использовании не для всех клад филогенетического древа, а только для групп видов Это позволило сделать основные выводы по эволюции крупных родов
8 Впервые применен графический метод анализа распространенности продвинутых состояний рядов признаков для выявления эволюционных тенденций в крупных родах,
позволивший продемонстрировать параллельную специализацию к временному эндопаразитическому образу жизни в разных линиях одного рода
9 Предложен метод оптимизации числа состояний количественных непрерывных признаков
1 Разработана современная диагностика групп нематод, включающих
фитопатогенные виды карантинного и важного экономического значения
2 Разработана молекулярная диагностика фитопатогенного рода Pratylenchm
методом рестрикционного молекулярного анализа
3 Рабочей группой ФГУ «Всероссийский центр по карантину растений» и Института
биоорганической химии (Москва) с участием диссертанта произведено тестирование
флуоресцентного метода FLASH молекулярной экспресс-диагностики в режиме реального времени
фитопатогенных видов карантинного значения pojm.Bwsaphelenchus, для карантинных лабораторий
4 Сделан важный вклад в технологию компьютерной идентификации
фитопатогенных нематод разработаны компьютерные идентификационные системы,
предложен новый метод оптимизации количества состояний количественных признаков
5 Созданы обучающие системы идентификации фитопатогенных видов для
работников защиты и карантина растений, успешно опробованные на учебных курсах
Государственного Агентства по карантину растении
1 Эффективными средствами диагностики видов фитопатогенных нематод родов
Pratylenchus, Radopholus, Pratylenchoides Hirschmanmella, Bursaphelenchus, Aphelenchoides, Laimaphelenchus, а также изучения их фауны, происхождения и расселения служат
1 1 Таксономические ревизии, определители и фаунистические сводки родов, разработанные с помощью традиционных методов и включающие списки видов с синонимами, классификаторы диагностических признаков, новые стандарты таксономических описаний, модифицированные диагнозы, табличные и текстовые ключи, систематизированные полные сводки по распространению и кругу хозяев, дендрограммы отношений по диагностическим и филогенетическим признакам, классификации родов на группы видов
12 Разработанные с помощью высокотехнологичных методов исследований компьютерные графические многовходовые политомические идентификационные системы и молекулярно-генетические тесты (метод RFLP и изучение последовательности
нуклеотидов ITS области рДНК) Это важные дополнительные инструменты диагностики видов и моделирования эволюции фитопатогенных нематод, которые необходимо употреблять только в комплексе с традидиошшми методами
2 Амфид, фазмид, дейрид, боковое поле, околоротовой комплекс сенсилл образуют
единый «латеральный комплекс», сравнительный анализ преобразований в котором очень
важен для изучения филогении отрядов Tylenchida и Aphelenchida С использованием
этого критерия предложена новая классификация, филогения и модель эволюции отряда
Tylenchida
3 Жизненные циклы нематод отряда Aphelenchida эволюционировали в двух
независимых направлениях. Примитивные афеленхиды совмещают микофагию,
фитофагию и отчасти хищничество В первом направлении резистентные дисперсионные
личинки становились паразитическими личинками в насекомых, во втором —
дисперсионную функцию брали на себя оплодотворенные, но неполовозрелые (не
яйцепродуцирующие) самки В каждом из этих направлений формировались как
высокоспециализированные эктопаразиты, так и эндопаразиты насекомых
-
Происхождение сем Pratylenchidae (отряд Tylenchida) и семейства Aphelenchoididae и Parasitaphelenchidae (отряд Aphelenchida) приурочено к Гондване, а последующее распространение привело к освоению ими лавразийской части Пангеи
-
Эволюции фитонематод свойственны четыре главные особенности
5 1 возрастание специализации к хозяевам (переход от эктопаразитизма к эидопаразитизму на растениях и насекомых, от временного паразитизма к стационарному, итд), произошедшее независимо в различных филетических линиях,
5 2 неравномерность эволюции топической и трофической связей с растением-хозяином у корневых немагод,
5 3 происхождение нематод надземных частей растений от нематод-микофагов, освоение ими внутренних тканей хозяина, минуя экгопаразитизм, и активное включение в их жизненный цикл наиболее позднего компонента - насекомых-переносчиков,
5 4 возрастание роли растения-хозяина и переносчика как факторов макроэволюции, а также факторов видообразования и формирования родов фитонематод Ведущими фаісгорами видообразования в крупных родах у примитивных нематод сем Pratylenchidae являлись почвенно-климатические условия и разрыв ареалов, у высоко специализированных фитонематод отр Tylenchida - растения-хозяева, у высших нематод отряда Aphelenchida- насекомые-переносчики
Материалы диссертации доложены на следующих научных конференциях
Международные симпозиумы российских нематодологов (1995, 1999 - Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН, 1997, 2001 - Москва, МГУ, 2005 - Москва, Институт паразитологии РАН, 2003 - Владивосток, Международные Симпозиумы по компьютерным технологиям в биоразнообразии (1999, 2001, 2003 - Санкт-Петербург, Зоологический институт РАН), Первая общегерманская нематодологическая конференция (Штутгарт, 1991), Международные симпозиумы Европейского общества нематодологов (1994 - Гент, Бельгия, 1996 - Франция, 1998 - Данди, Англия), Ежегодная конференция Американского Общества нематодологов (1998, Сент-Луис), Международный симпозиум Скандинавского Общества паразитологов (Стокгольм, 2001), Конференции Общества нематодологов КНР (1997 - Гуанчжоу, 2005 - Нанкин), Международный конгресс по компьютерным методам в биоразнообразии (2003, Претория, ЮАР), Съезд Паразитологического общества при РАН (Петрозаводск, 2003), Международный симпозиум Скандинавско-Балтийского Общества паразитологов (Вильнюс, 2005), Международный симпозиум «Внлт сосны и сосновая стволовая нематода как угроза лесам мира» (2006, Лиссабон, Португалия), 39 Чтения акад Е Н Павловского (2008) и др
По теме диссертации опубликовано 70 научных работ
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ
