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Esterilidad hereditaria en insectos

La esterilidad hereditaria en insectos se induce mediante dosis subesterilizantes de radiación ionizante . Cuando los machos parcialmente estériles se aparean con hembras silves...

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La esterilidad hereditaria en insectos se induce mediante dosis subesterilizantes de radiación ionizante . Cuando los machos parcialmente estériles se aparean con hembras silvestres, los efectos nocivos inducidos por la radiación se heredan en la generación F1 . [ 1 ] Como resultado, la eclosión de los huevos se reduce y la descendencia resultante es altamente estéril y predominantemente masculina. En comparación con la alta radiación necesaria para lograr la esterilidad total en lepidópteros, la dosis más baja de radiación utilizada para inducir la esterilidad F1 aumenta la calidad y la competitividad de los insectos liberados, medida por una mejor dispersión después de la liberación, una mayor capacidad de apareamiento y una competencia espermática superior. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Historia

Los programas integrados de manejo de plagas a nivel de área que utilizan la técnica del insecto estéril (TIE) como componente han tenido éxito contra varias moscas plaga o dípteros como el gusano barrenador del Nuevo Mundo , Cochliomyia hominivorax , varias especies de moscas de la fruta tefrítidas y contra las moscas tsetsé (Glossinidae). Sin embargo, la mayoría de las polillas o lepidópteros son más resistentes a la radiación que los dípteros, [ 5 ] y como consecuencia, la dosis más alta de radiación requerida para esterilizar completamente a los lepidópteros reduce su desempeño en el campo. Un enfoque para sortear los efectos negativos asociados con la alta radiorresistencia de las plagas de lepidópteros ha sido el uso de la esterilidad heredada o esterilidad F1, [ 6 ] documentada por primera vez en estudios sobre la polilla del manzano ( Cydia pomonella ). [ 7 ] [ 8 ] La esterilidad heredada también se ha documentado en el orden Hemiptera .

El gusano de seda Bombyx mori (Lepidoptera: Bombycidae ) fue el primer insecto en el que se informó de esterilidad hereditaria. [ 9 ] Luego se informó de esterilidad hereditaria en la polilla de la cera mayor Galleria mellonella (Lepidoptera: Pyralidae ), [ 10 ] en la polilla del manzano Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae ), [ 8 ] en el chinche de la asclepia grande Oncopeltus fasciatus (Hemiptera: Lygaeidae ), [ 11 ] en Gonocerus acuteangulatus (Hemiptera: Coreida ), [ 12 ] en Rhodnius prolixus (Hemiptera: Reduviidae ), [ 13 ] y en el ácaro araña de dos manchas Tetranychus urticae ( Acari : Tetranychidae ). [ 14 ]

Base genética

Los mecanismos por los cuales las mutaciones causan letalidad en los dípteros durante el desarrollo del cigoto están bien documentados. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] La lesión primaria que conduce a una mutación letal dominante es una rotura en el cromosoma, en este caso, inducida por radiación. Cuando se induce una rotura en un cromosoma en un espermatozoide maduro, este permanece en esta condición hasta que el espermatozoide ha entrado en el óvulo. Tras la fusión, comienzan las divisiones nucleares, y una rotura en un cromosoma puede tener efectos drásticos en la viabilidad del embrión a medida que avanza el desarrollo. Durante la profase temprana , el cromosoma roto se replica normalmente, pero durante la metafase los extremos rotos pueden fusionarse, dando lugar a la formación de un cromosoma dicéntrico y un fragmento acéntrico . El fragmento acéntrico se pierde con frecuencia, mientras que el fragmento dicéntrico forma un puente en la anafase , lo que conduce a otra rotura cromosómica. Todo este proceso se repite, lo que lleva a la acumulación de graves desequilibrios en la información genética de las células hijas. La acumulación de este daño genético finalmente conduce a la muerte del cigoto.

Los órdenes Diptera, Hymenoptera y Coleoptera pueden clasificarse como sensibles a la radiación, mientras que los órdenes Lepidoptera, Hemiptera y ácaros (Acari) son resistentes a la radiación. [ 18 ] Una diferencia importante entre estos dos grupos de insectos es que el primer grupo tiene un centrómero localizado ( monocinético ), mientras que el segundo tiene un centrómero difuso ( holocinético ). [ 19 ] [ 11 ] [ 20 ] [ 21 ] Sin embargo, trabajos más recientes [ 22 ] sugieren que los cromosomas de los lepidópteros son intermedios entre los cromosomas holocinéticos y monocéntricos. En cualquier caso, se cree que la diferencia del centrómero juega un papel importante, aunque no exclusivo, en la sensibilidad a la radiación. [ 23 ] Se sugirió que los posibles mecanismos moleculares responsables de la alta radiorresistencia en los lepidópteros podrían incluir un sistema de recuperación celular inducible y sondas de reparación del ADN. [ 24 ] [ 25 ]

Los lepidópteros tampoco muestran el ciclo clásico de rotura-fusión-puente que es característico de los letales dominantes inducidos en los dípteros. Parece que los cromosomas de los lepidópteros pueden tolerar la pérdida de telómeros sin los efectos drásticos que esto tiene en los cromosomas de otros órdenes. [ 26 ] Los cromosomas de los lepidópteros poseen una placa cinetocórica localizada a la que se unen los microtúbulos del huso durante la división celular. [ 27 ] Las placas cinetocóricas son grandes y cubren una porción significativa de la longitud del cromosoma, asegurando que más roturas inducidas por radiación no conduzcan a la pérdida de fragmentos cromosómicos como es típico en especies con cromosomas monocéntricos. En especies con placas cinetocóricas grandes, los fragmentos pueden persistir durante varias divisiones celulares mitóticas e incluso pueden transmitirse a través de las células germinales a la siguiente generación. [ 28 ] Las placas también reducen el riesgo de letalidad causada por la formación de cromosomas dicéntricos, fragmentos acéntricos y otras aberraciones inestables. [ 26 ]

Aplicación de campo

La descendencia estéril F1 producida en el campo mejora la eficacia de los machos parcialmente estériles liberados y optimiza la compatibilidad con otras estrategias de control de plagas. Por ejemplo, la presencia de descendencia estéril F1 puede utilizarse para incrementar la población de enemigos naturales en el campo. Además, la descendencia estéril F1 puede emplearse para estudiar los posibles huéspedes y la distribución geográfica de plagas de lepidópteros exóticos.

Los programas de campo que liberan polillas irradiadas bajo un enfoque de esterilidad hereditaria o de técnica del insecto estéril (TIE) han estado en funcionamiento desde la década de 1960. El gusano rosado del algodón, Pectinophora gossypiella, se ha contenido con éxito desde 1969 en las áreas algodoneras del Valle de San Joaquín en California y se está tratando con éxito la erradicación de las áreas algodoneras del suroeste de los EE. UU. y el noroeste de México. Desde principios de la década de 1990, la polilla del manzano se ha suprimido con éxito en las áreas de producción de manzana y pera en el Valle de Okanagan en la Columbia Británica, Canadá, y países como Argentina, Brasil y Sudáfrica tienen planes o programas contra esta plaga. Nueva Zelanda erradicó brotes de la polilla pintada australiana del manzano, Teia anartoides . México erradicó brotes de la polilla del cactus, Cactoblastis cactorum , y los EE. UU. contienen su avance a lo largo de la costa del Golfo de México. [ 29 ] [ 30 ] Sudáfrica tiene un programa para controlar la polilla del falso manzano, Thaumatotibia leucotreta, en huertos de cítricos. [ 31 ] El control de la mayoría de las plagas de polillas se ve obstaculizado por la creciente resistencia a los insecticidas de amplio espectro más utilizados; por lo tanto, el potencial para una mayor implementación de la esterilidad hereditaria como parte de un enfoque integrado a nivel de área es considerable.

Véase también

Notas y referencias

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  • Base de datos internacional sobre desinfestación y esterilización de insectos (IDIDAS)
  • Directorio Mundial de Instalaciones SIT (DIR-SIT)
  • Página web de IPC-IS archivada el 2 de mayo de 2010 en Wayback Machine .