A colisão de dois genomas: a genômica da invasão de Helicoverpa, uma praga agrícola, no Brasil

Resumo

Pragas invasoras são um grande desafio de nossos tempos e levam a enormes custos econômicos para a agricultura. Um aspecto menos reconhecido de tais invasões é que as espécies invasivas hibridizam com as espécies nativas. Isso pode ter vários resultados em potencial: Uma possibilidade é que a hibridação leve ao colapso da barreira entre as espécies e produza uma única população mista. Alternativamente, se as duas espécies mantiverem sua integridade, poderão, no entanto, trocar genes, potencialmente permitindo que genes de caráter adaptativos sejam introgredidos entre as espécies. Estudaremos esses fenômenos em duas pragas agrícolas importante economicamente, Helicoverpa armigera (Ha), que recentemente invadiu e está hibridando com uma espécie nativa, Helicoverpa zea (Hz). Por meio dessa parceria, conduziremos o monitoramento temporal e geográfico da invasão em larga escala de Ha, facilitado pelo sequenciamento genômico em larga escala. Usaremos uma nova abordagem de sequenciamento para obter dados genômicos para uma grande amostra de populações de ambas as espécies, o que nos permitirá abordar as seguintes perguntas: Qual é a extensão e a velocidade de propagação da espécie invasora, existem evidências de múltiplas fontes de invasões e, finalmente, qual é a intensidade e as consequências genéticas da hibridação para as duas espécies. Para atingir esses objetivos, primeiro geraremos conjuntos de genomas de alta qualidade para ambas as espécies, montados no nível cromossômico. Isso fornecerá recursos que serão usados pela comunidade no futuro para manipulação genética e, de maneira mais ampla, obterão uma melhor compreensão dessas importantes pragas agrícolas. As duas espécies divergiram alopatricamente há mais de um milhão de anos, portanto as diferenças genéticas são significativas para identificar blocos nos genomas de ambas as espécies que resultaram da mistura genética entre as espécies (introgressão). O tamanho e a distribuição desses blocos fornecem informações sobre o tempo desde a hibridação. Também determinaremos se há evidências de incompatibilidades entre os dois genomas que ajudariam a manter sua distinção diante da mistura por hibridação, procurando combinações genéticas sub-representadas em híbridos. Assim é provável que genes envolvidos a adaptação às condições locais no Brasil possam se mover para a espécie invasora e/ou genes para resistência a inseticidas que provavelmente se moverão para a espécie nativa. Por fim, buscaremos assinaturas de adaptação recente nas populações de ambas as espécies, o que pode ser indicativo de regiões genômicas envolvidas na adaptação aos hospedeiros, resistência a inseticidas ou outras características de importância econômica. Particularmente, o H. armigera apresenta resistência a uma gama muito mais ampla de inseticidas e espécies hospedeiras em comparação com H. zea, portanto, há potencial para mais introgressão de alelos que possam precipitar a expansão da faixa de hospedeiros e a resistência a inseticidas em H. zea. Por outro lado, o H. zea é adaptado às condições locais no Brasil e pode emprestar alelos que facilitam a adaptação local às populações invasoras de H. armigera. O projeto descobrirá padrões que serão de aplicação imediata no controle dessa praga, por exemplo, aviso prévio da chegada do invasor a novas áreas e identificação de características como resistência a inseticidas que poderiam ser transferidas entre as duas espécies. Além disso, abordaremos questões fundamentais relacionadas à biologia da especiação, como a natureza das incompatibilidades genômicas que mantêm as espécies distintas. (AU)