Если их не контролировать, насекомые-вредители могут уничтожить урожай. Чтобы свести к минимуму ущерб и уменьшить необходимость в распылении инсектицидов, исследователи генетически модифицирования некоторые культуры, включая кукурузу и сою, для производства бактериальных белков, которые убивают основных вредителей, но не вредят людям или диким животным. Но обмануть природу не получилось, как теперь выясняется.
Команда исследователей кафедры энтомологии Университета Аризоны в Колледже сельского хозяйства, жизни и наук об окружающей среде совместно с коллегами из других стран мира использовали геномику для изучения генетических изменений, вызывающих устойчивость к трансгенным культурам в полевых популяциях американской кукурузной совки Helicoverpa zea. Они обнаружили, что у этого прожорливого вредителя устойчивость, приобретенная в полевых условиях, не была связана ни с одним из 20 известных генов, вовлеченных в устойчивость к белкам, убивающим вредителей, в трансгенных культурах.
Новое исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, подчеркивает огромную проблему устойчивости к трансгенным культурам у одного из самых важных вредителей сельскохозяйственных культур в Соединенных Штатах, говорится в релизе Университета Аризоны.
«Кукурузная совка - один из самых сложных вредителей в мире с точки зрения его способности быстро вырабатывать устойчивость в полевых условиях к генетически модифицированным культурам. Ранее мы идентифицировали 20 генов, которые несут мутации, обеспечивающие устойчивость к белкам, убивающим вредителей, на основе предыдущей работы с отобранными в лабораторных условиях штаммами кукурузной совки, а также с устойчивыми полевыми популяциями и лабораторными штаммами других вредителей чешуекрылых, - рассказывает старший автор исследования Брюс Табашник, глава кафедры энтомологии Университета Альберты. - Мы называем эти 20 генов «обычными подозреваемыми». Вопреки нашим ожиданиям, при поиске виновника полевой устойчивости кукурузной гусеницы ни один из обычных подозреваемых не оказался виновным».
Чтобы получить защиту от гусениц кукурузной совки и ряда других экономически значимых вредителей, сельскохозяйственные культуры были генетически модифицированы для производства белков из распространенной бактерии Bacillus thuringiensis, или Bt.
В отличие от инсектицидов широкого спектра действия, белки Bt активны против относительно небольшого числа видов насекомых – то есть направлены против целевых вредителей. В то время как инсектициды широкого спектра действия являются нервными ядами, белки Bt могут оказывать токсичное действие только в том случае, если они были съедены вредителями и затем связались со специфическими рецепторами кишечника, которые отсутствуют у большинства видов, не являющихся вредителями, включая людей.
Сегодня Bt-культуры выращиваются в десятках стран, а в США в 2024 году сорта Bt составляли 86% кукурузы и 90% хлопчатника. Однако развитие устойчивости у вредителей, таких как кукурузная совка, грозить нанести удар по индустрии ГМ-семян таких культур, как кукуруза, хлопчатник и соя. Уже сейчас вредитель наносит экономика США сотни миллионов долларов ущерба и затрат ежегодно, поскольку помимо упомянутых ГМО культур, поедает и обычные, например, помидоры.
Для анализа генетической основы устойчивости кукурузной совки, сформировавшейся в полевых условиях, исследователи из Университета Альберты сотрудничали с коллегами из Техасского университета A&M, которые использовали биопробы для оценки устойчивости путем тестирования насекомых, полученных в полевых условиях.
«Биологические анализы обычно используются для определения устойчивости насекомых путем воздействия на них белков Bt в лабораторных условиях», - поясняет соавтор исследования и профессор энтомологии Университета Альберты Лучано Мацкин.
После завершения биопроб проверенные насекомые обычно выбрасываются. В этом инновационном партнерстве насекомые из биопроб, проведенных в Техасском университете A&M, были заморожены и отправлены в Университет Альберты для извлечения ДНК и секвенирования, чтобы обеспечить сканирование всего генома на предмет генетических различий между устойчивыми и восприимчивыми гусеницами кукурузной совки. Включая некоторые ранее секвенированные образцы, геномный анализ включал 937 кукурузных гусениц из 17 участков в семи штатах на юге Соединенных Штатов, отобранных с 2002 по 2020 год.
«Мы тщательно изучили 20 генов, которые влияли на то, как вредители реагировали на белки Bt в предыдущих исследованиях. Наши данные указывают на то, что изменения в этих генах не вызывают устойчивости к культурам Bt в диких популяциях кукурузной совки, - рассказывает Эндрю Леган, научный сотрудник Университета Альберты и первый автор исследования. - Вместо этого мы обнаружили предположительно, что устойчивость связана с кластером генов, который дублируется в некоторых популяциях устойчивых растений. Но сколько из этих генов способствуют устойчивости и как они обеспечивают устойчивость, остается полной загадкой».
Источник: University of Arizona.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
