Laboratoř diapauzy hmyzu
Diapauza je klíčovou složkou životního cyklu hmyzu. Umožňuje mu překonávat nepříznivá období a využívat sezónně dostupných zdrojů. Diapauzní fenotyp zahrnuje fotoperiodismus, hormonální regulaci, zastavení vývoje, změny v genové expresi, akumulaci zásobních látek, zpomalení metabolismu a posílení odolnosti vůči abiotickým stresorům z prostředí. Zaměřujeme se na základní výzkum principů sezónního zvýšení odolnosti vůči nízkým teplotám (přenastavení metabolických drah směrem k akumulaci látek s kryoprotektivními účinky, úprava složení a funkce biologických membrán, exprese šaperonových a jiných ochranných proteinů). Naše výsledky mohou sloužit praktickým účelům při vývoji metod dlouhodobého skladování biologického materiálu nebo pro předpovědi sezónních aktivit a odhad úspěšnosti přezimování u populací hmyzích škůdců.
Řešené výzkumné projekty
Přežití v kapalném dusíku
.jpg)
Cílem projektu je odhalit biochemické a molekulární mechanismy zodpovědné za schopnost diapauzních larev octomilky Chymomyza costata přežít po hlubokém zmrazení, a také po kryoprezervaci v kapalném dusíku. Znalost přirozených principů odolnosti vůči chladu a mrazu může napomoci při vývoji technik dlouhodobého skladování biologického materiálu za nízkých teplot. Věříme, že extrémní chladová odolnost larev C. costata je podmíněná synergií různých mechanismů. Proto volíme široce integrativní přístup k výzkumu, který zahrnuje: (1) studium vlivu aklimací (fotoperioda, chlad, sucho, ad.) na změny v metabolických drahách směrem k produkci a hromadění kryoprotektivního mixu jednoduchých aminokyselin, cukrů a dalších komponent. Zajímá nás, jak komponenty tohoto mixu ovlivňují tvorbu ledu uvnitř těla larvy, jak stabilizují proteiny a chrání je před ztrátou struktury a funkce, jak chrání integritu buněčných membrán; (2) analýzu adaptivních změn ve složení membrán, které ovlivňují uspořádanost fosfolipidických dvojvrstev a jejich fázové chování, a tím také bariérovou funkci membrány za extrémně nízkých teplot a mrazové dehydratace; (3) hledání potenciálních makromolekulárních kryoprotektantů v genomu C. costata. Sledujeme expresi genů kódujících šaperony, led-vázající proteiny, LEA-like proteiny, lokalizujeme jejich produkty ve tkáních larvy a studujeme jejich kryoprotektivní funkce pomocí umělých proteinů připravených v expresních vektorech.
Přezimování hmyzu jako faktor limitující šíření druhů směrem k pólům
.jpg)
Hmyz dokázal kolonizovat téměř všechny suchozemské a sladkovodní ekosystémy Země. Tento evoluční úspěch je spjat s pozoruhodnou schopností hmyzu vyrovnat se s klimatickými extrémy. Druhové areály hmyzu se i v současnosti neustále mění v souvislosti se změnami klimatu. Náš projekt zkoumá fyziologické limity nebo naopak předpoklady hmyzí kolonizace mírného a polárního pásu z původních tropických habitatů. Zaměřujeme se na fázi přezimování u vybraných modelových druhů (například ploštice Pyrrhocoris apterus) a ptáme se, jaké faktory prostředí limitují zimní přežití jejich populací. Kromě zcela zřejmého faktoru extrémně nízkých teplot studujeme vliv teplotní pufrace v různých mikrohabitatech, vlhkosti a rizika inokulace vnějším ledem, opakovaných cyklů mrznutí a tání, rekrystalizace interního ledu, a také teplých epizod, které mohou na jedné straně vést k de-aklimaci nebo ztrátě energetických rezerv, ale na druhé straně mohou umožnit reparaci chladového poškození.
Detailní analýzu přezimování u vybraných druhů doplňujeme široce pojatým přístupem, který využívá čeledi octomilkovitých, jež představuje ideální modelový systém s více než 1 500 druhy (mnoho z nich lze snadno chovat v laboratoři). Druhy octomilek reprezentují evoluční pouť z původní Afrotropické oblasti až k sub-polárním oblastem. Analyzujeme metabolické odpovědi různých druhů na různě silný chladový stres (od velmi krátkého šoku, přes chladovou kviescenci, až po dlouhodobou aklimaci včetně vstupu do diapauzy) a hledáme případné stereotypní vzory změn (například akumulace osmolytů), které by teoreticky mohly být biochemickou podmínkou pro toleranci nízkých teplot a tedy i pro kolonizaci chladnějších habitatů.
Přezimování ekonomicky významných druhů hmyzu
.jpg)
Sledujeme průběh a úspěch přezimování u populací hmyzích škůdců (popřípadě u tzv. užitečných druhů) a to jak v jejich přirozených podmínkách, tak i v laboratorních simulacích. Posuzujeme generační vývoj populace a její vstup do sezónní klidové fáze (diapauzy), dále průběh diapauzy, její ukončení a nástup jarní aktivity. Hodnotíme celou řadu fyziologických ukazatelů, které jsou korelovány nebo kauzálně spjaty s chladovou odolností a zimní úmrtností. Využíváme celé spektrum různých metod a technik (analýza bodu podchlazení, osmometry, diferenciální skenovací kalorimetr, respirometrie, hmotová spektrometrie, ad.). Příklady studovaných druhů: Ips typographus, Pityogenes chalcographus, Cydia pomonella, Ostrinia nubilalis, Culex pipines, a mnoho dalších.
