Ученые зафиксировали первый пример, когда щирица бугорчатая (она же водяная конопля) развила механизм детоксикации, которого нет у сельскохозяйственных культур

Укрепляя репутацию водяной конопли как трудно убиваемого сорняка в системах производства кукурузы и сои, исследователи из Университета Иллинойса, США, теперь задокументировали сорняк Amaranthus tuberculatus, отклоняющийся от стандартных стратегий детоксикации, чтобы противостоять гербициду, который еще даже не был коммерциализирован.

Рассматриваемое химическое вещество, синкарпиновая кислота-3 (SA3), является прапрадедом гербицида Callisto, ингибирующего HPPD. SA3 никогда не использовался на кукурузе, потому что имеет довольно неудачный эффект, убивая урожай вместе с сорняками.

Кукуруза может переносить «Каллисто» и другие гербициды, потому что у нее есть надежная система детоксикации, которая нейтрализует и изолирует вредные химические вещества. Но системы нейтрализации кукурузы не работают на SA3.

Амарантовые сорняки, такие как щирица бугорчатая, обычно развивают системы детоксикации, имитирующие кукурузу. Вот почему особенно удивительно, что водяная конопля, устойчивая к HPPD, может детоксицировать SA3.

«Вероятно, это первый известный пример, когда водяная конопля развила механизм детоксикации, которого нет у сельскохозяйственных культур. Она использует совершенно другой механизм, что усложняет борьбу с этим сорняком», - говорит Дин Ричерс, профессор кафедры растениеводства Университета штата Иллинойс и соавтор нового исследования в журнале New Phytologist.

Открытие означает, что щирица бугорчатая теоретически может быть устойчива к новым гербицидам еще до того, как они появятся на прилавках магазинов.

«Мы всегда знали, что метаболическая резистентность опасна, потому что она может придать устойчивость к еще не открытому гербициду. И показали, что это реальность, - продолжает Ричерс. - Компании не хотят инвестировать от 10 до 15 лет в разработку нового гербицида, запатентовать и выпустить его на рынок, а потом обнаружить, что он не работает в первый же день. Наше исследование подтверждает: нужно больше полагаться на нехимические методы борьбы и следить за тем, чтобы сорняки не прорастали».

Ричерс и научный сотрудник Кристал Консепсьон проследили биохимические реакции внутри устойчивых растений водяной конопли при обработке SA3.

Детоксикация гербицидов и других токсичных соединений обычно происходит в несколько фаз.

Первый включает группу ферментов, известных как p450, которые удаляют электроны из токсичных соединений, делая их менее реактивными внутри растительных клеток. Но в устойчивой щирице произошло обратное: к молекулам SA3 добавились электроны.

 

Ферменты второй фазы, известные как GST, обычно не активируются для Callisto, потому что p450 быстро и эффективно выполняют свою работу в кукурузе. Но для SA3 GST сделали тяжелую работу по детоксикации.

«Наряду с удалением молекулы воды в первой фазе добавление этих электронов подготовило ферменты GST второй фазы к детоксикации SA3, - говорит Консепсьон. - Это удивительно, потому что не только реакции первой фазы не протекали, как ожидалось, мы даже не ожидали, что для этого класса гербицидов будут задействованы GST. Мы не видим, чтобы кукуруза готовила химикаты для атаки GST. Это очень, очень редкое явление для гербицидов».

Ричерс говорит, что это отклонение от стандартных моделей биохимической детоксикации представляет собой нечто действительно новое и потенциально опасное для производителей сельскохозяйственных культур.

Исследовательскую группу ожидало не одно удивительное открытие.

Ученые уже много лет знают, что кукуруза, соя и сорго используют GST для метаболизма S-метолахлора, почвенного гербицида, обеспечивающего остаточный контроль над сорняками. Поэтому они предположили, что водяная конопля использовала тот же механизм для детоксикации химического вещества. Но щирица опять сломала стандартный сценарий.

«В данном случае мы все время думали, что это GST. Но данные говорили нам об обратном. Подход к метаболомике, который мы использовали, сообщил нам, что GST не являются основным механизмом детоксикации S-метолахлора в резистентной водяной конопле. На самом деле это p450», - говорит Ричерс.

В прошлом году Ричерс работал с Сетом Стромом, полевым научным сотрудником Syngenta Crop Protection, ученым-экспертом по сорнякам и профессором растениеводства Аароном Хагером и другими, чтобы показать: водяная конопля использует как p450, так и GST для детоксикации гербицидов группы 15. 

Но когда они углубились в новое исследование физиологии растений и клеток, то обнаружили, что активность фермента GST обнаруживается как у устойчивой, так и у чувствительной водяной конопли, но намного ниже, чем у кукурузы.

Напротив, активность p450 у устойчивой водяной конопли была в 20 раз выше, чем у чувствительной.

«Изучение устойчивости к гербицидам, вносимым в почву, таким как S-метолахлор, очень сложная задача, поскольку водяная конопля, по-видимому, не придерживается никаких шаблонов или методов подражания. Оба исследования показывают, что водяная конопля разрабатывает свои собственные способы борьбы с гербицидами», заключил Стром.

(Источник: www.agriculture.com. Фото: pixabay.com).