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Esterilidad hereditaria en insectos

La esterilidad hereditaria en los insectos se induce mediante dosis subesterilizantes de radiación ionizante . Cuando los machos parcialmente estériles se aparean con hembras salvajes, los efectos nocivos inducidos por la radiación se heredan por la generación F1 . [1] Como resultado, la eclosión de 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 los lepidópteros, la dosis menor 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 mayor competencia de esperma. [2] [3] [4]

Historia

Los programas de manejo integrado de plagas en áreas extensas que utilizan la técnica de insectos estériles (TIE) como componente han tenido éxito contra una serie de moscas o dípteros plaga, como el gusano barrenador del Nuevo Mundo , Cochliomyia hominivorax , varias especies de moscas de la fruta tephritidae y contra las moscas tsé-tsé (Glossinidae). Sin embargo, la mayoría de las polillas o lepidópteros son más resistentes a la radiación que los dípteros, [5] y como consecuencia, la mayor dosis de radiación requerida para esterilizar completamente a los lepidópteros reduce su desempeño en el campo. Un enfoque para evitar los efectos negativos asociados con la alta radioresistencia 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 de la manzana ( Cydia pomonella ). [7] [8] La esterilidad hereditaria 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 cera mayor Galleria mellonella (Lepidoptera: Pyralidae ), [10] en la polilla de la manzana Cydia pomonella (Lepidoptera: Tortricidae ), [8] en la chinche de algodoncillo grande Oncopeltus fasciatus (Hemiptera: Lygaeidae ), [11] en Gonocerus acuteangulatus (Hemiptera: Coreida), [12] en Rhodnius prolixus (Hemiptera: Reduviidae ), [13] y en la araña roja de dos manchas Tetranychus urticae ( Acari : Tetranychidae ). [14]

Base genética

Los mecanismos por los cuales las mutaciones causan letalidad en los dípteros en el cigoto en desarrollo 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, permanece en esta condición hasta después de que el espermatozoide ha entrado en un óvulo. Después de 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 experimenta una replicación normal, 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 que conduce a otra rotura cromosómica. Todo este proceso luego se repite, dando lugar 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, Homoptera 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] [20] [21] [22] Sin embargo, trabajos más recientes [23] sugirieron 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. [24] 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. [25] [26]

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. [27] Los cromosomas de los lepidópteros poseen una placa cinetocórica localizada a la que se adhieren los microtúbulos del huso durante la división celular. [28] Las placas cinetocóricas son grandes y cubren una porción significativa de la longitud del cromosoma, lo que garantiza 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. [29] Las placas también reducen el riesgo de letalidad causada por la formación de cromosomas dicéntricos, fragmentos acéntricos y otras aberraciones inestables. [27]

Aplicación de campo

La progenie estéril F1 producida en el campo mejora la eficacia de los machos parcialmente estériles liberados y mejora la compatibilidad con otras estrategias de control de plagas. Por ejemplo, la presencia de progenie estéril F1 se puede utilizar para aumentar la acumulación de enemigos naturales en el campo. Además, la progenie estéril F1 se puede utilizar para estudiar el hospedador potencial y las áreas geográficas de plagas exóticas de lepidópteros.

Desde los años 60 se han puesto en marcha programas de campo de liberación de polillas irradiadas con un enfoque de esterilidad hereditaria o de TIE. El gusano rosado de la cápsula, Pectinophora gossypiella, se ha contenido con éxito desde 1969 en las zonas de algodón del Valle de San Joaquín en California y se está tratando de erradicarlo con éxito en las zonas de algodón del sudoeste de los Estados Unidos y el noroeste de México. Desde principios de los años 90, se ha logrado suprimir con éxito la polilla de la manzana en las zonas de producción de manzanas y peras del 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 los brotes de la polilla australiana de la manzana, Teia anartoides . México erradicó los brotes de la polilla del cactus, Cactoblastis cactorum , y los Estados Unidos contienen su avance a lo largo de la costa del Golfo de México. [30] [31] Sudáfrica tiene un programa para eliminar la polilla falsa de la manzana, Thaumatotibia leucotreta, en huertos de cítricos. [32] El control de la mayoría de las plagas de polillas se ve obstaculizado por la mayor resistencia a los insecticidas de amplio espectro más utilizados; por lo tanto, el potencial para una implementación ampliada de la esterilidad hereditaria como parte de un enfoque integrado de área amplia es considerable.

Véase también

Notas y referencias

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