Западный кукурузный жук, которого также называют диабротика по его роду Diabrotica, является одним из основных вредителей кукурузы на американских полях. Для борьбы с ним были созданы трансгенные растения кукурузы, занявшие огромные площади в США. Но прошло время и теперь выясняется, что диабротика обходит даже самые современные методы биотехнологического контроля. Это означает потенциальные потери для американских производителей кукурузы на миллиарды долларов.
По данным нового исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, которое опирается на многолетние данные, полученные в разных штатах, энтомологи Университета Аризоны обнаружили, что приобретенная жуком диабротика в полевых условиях устойчивость к Bacillus thuringiensis (Bt) подрывает эффективность защиты кукурузы, основана на комбинации Bt и РНК-интерференции (РНКi) — нового биотехнологического метода контроля, который обращает собственные генетические инструкции кукурузных жуков против них самих.
Исследовательская группа проанализировала обширные полевые данные, собранные за последние два десятилетия в 12 предыдущих исследованиях, включая миллионы жуков, обследованных по всему американскому «кукурузному поясу», который простирается от западного Огайо до восточной Небраски и северо-восточного Канзаса.
«Результаты однозначно показывают, что в областях, где развилась устойчивость к Bt, сочетание Bt и РНК-интерференции обеспечивает меньшую защиту от повреждений корневыми жуками», — сказал Брюс Табашник, ведущий автор исследования и руководитель кафедры энтомологии Университета Аризоны.
«Это не лабораторные данные, — добавил он. — Это реальные, полевые данные, собранные в ходе университетских и отраслевых исследований в разных штатах».
По словам Табашника, западных кукурузных жуков недаром называют «клопами на миллиард долларов».
«Это действительно коварные, опасные вредители. Каждый год из последних двух лет кукурузные жуки приводили к потере урожая кукурузы в США примерно на 2 миллиарда долларов, и ещё миллиард долларов ежегодно инвестируется в борьбу с ними», — сказал он.
Скрываясь под землёй, личинки жуков питаются корнями кукурузы, нанося огромный урон посевам. В гонке вооружений против этих вредителей генетически модифицированные культуры стали важным инструментом в США, повышая урожайность и одновременно снижая зависимость фермеров от инсектицидов широкого спектра действия, которые могут нести риски для людей и окружающей среды.
По словам Табашника, Bt-кукуруза разработана для производства белков из почвенных бактерий, которые убивают вредителей, но нетоксичны для человека и диких животных. Bt-кукуруза, предназначенная для борьбы с корневыми жуками, была впервые представлена в 2003 году.
«Это было очень эффективно, — сказал он, — но через несколько лет начала проявляться устойчивость, выработанная в полевых условиях».
Устойчивость к Bt возникает в результате дарвиновского отбора, того же процесса, который приводит к устойчивости к антибиотикам. По словам Ива Каррьера, соавтора исследования и профессора кафедры энтомологии, поскольку Bt-кукуруза оказалась настолько эффективной в борьбе с кукурузными корневыми жуками, многие фермеры стали выращивать её из года в год.
Хотя технология уничтожила большинство вредителей, некоторые из них, которые были по природе, генетически менее восприимчивы, неизбежно выжили и передали свою устойчивость следующему поколению.
Компании по производству семян ответили стратегией «пирамиды», объединив два разных белка Bt для уничтожения одного и того же вредителя.
«Идея заключается в том, что если насекомое устойчиво к одному Bt-белку, то другой его убьёт. И это помогло. Но вскоре у жуков развилась устойчивость к обоим типам Bt-белков», — сказал Табашник.
Новая линия защиты появилась в 2022 году с коммерциализацией РНК-интерференции. Она работает, «заглушая» определённые гены вредителя, фактически отключая функции, необходимые насекомому для выживания. В отличие от инсектицидов широкого спектра действия, РНК-интерференция воздействует на ген, специфичный для вредителя, но отсутствующий у человека, животных или полезных насекомых.
Использование РНК-интерференции против кукурузного жука диабротика— первое применение этой технологии для борьбы с вредителем сельскохозяйственных культур. Она уничтожает вредителей медленнее, чем Bt, и используется в трансгенной кукурузе только вместе с Bt.
«Технология никогда не задумывалась как самостоятельный препарат, а как двойной удар Bt. Но к тому времени, как РНК-интерференция была фактически выведена на рынок, эффективность комбинации Bt и РНК-интерференции уже была подорвана из-за ранее существовавшей резистентности к Bt», — сказал Табашник.
По мнению исследовательской группы, результаты вызывают обеспокоенность, поскольку они подчёркивают риск того, что даже эта новейшая технология может утратить эффективность в борьбе с вредителями кукурузы. Исследователи рекомендуют использовать комплексные стратегии борьбы с вредителями, включая такие традиционные методы, как севооборот, а также выращивать традиционные кукурузные «убежища» рядом с трансгенными культурами, чтобы обеспечить выживание восприимчивых вредителей и замедлить развитие устойчивости.
«Фермеры полагались на эту новую технологию, рассчитывая, что она прослужит долгие годы. Наше исследование показывает, что срок службы этого инструмента может быть гораздо короче, если не серьёзно подойти к управлению резистентностью. Это напоминание о том, что волшебного средства не существует. Эволюция не останавливается», — заключил исследователь.
Источник: University of Arizona. Автор: Розмари Брандт. Фото: Скотт Бауэр/Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США.