Американская кукурузная совка, точнее ее прожорливые личинки, – один из основных вредителей кукурузы в США, для борьбы с которым была разработана ГМО кукуруза, выведенная таким образом, чтобы она экспрессировала несколько типов токсинов, называемых Bt-токсинами. Эти токсины безвредны для человека и поначалу действительно контролировали личинок кукурузной совки, но затем у вредителя развилась широко распространенная устойчивость к двум из трех токсинов Bt, Cry1Ab и Cry1F. Третий токсин, известный как Vip3A, является единственным токсином Bt, который остается эффективным против вредителя.
Тогда была предложена и внедрена стратегия, так называемых «убежищ». В США обычную кукурузу, не экспрессирующую Bt, часто сажают рядом с кукурузой Bt, чтобы у кукурузной совки было убежище от токсинов Bt.
Считалось, что личинки, питающиеся кукурузой, не содержащей Bt, не будут подвергаться воздействию Vip3A и, таким образом, сохранят свою восприимчивость к нему. Это позволит восприимчивым популяциям сохраняться и размножаться в большем количестве, чем устойчивые популяции. Таким образом, по идее стратегия должна была предотвратить или замедлить нарастание резистентности.
Однако, недавнее исследование ученых-энтомологов из Университета Мэриленда под руководством Меган Фриц, доцента кафедры энтомологии, выполненное совместно с коллегами из Университета Северной Каролины, не только опровергло данный подход, но и выявило его риск по отношению к единственному оставшемуся эффективному токсину трансгенной кукурузы.
Применяя новаторский подход использования инструментов геномики для мониторинга и выявления возникающей устойчивости вредителей к конкретным токсинам на ранней стадии, команда обнаружила следующее. Согласно полученным данным, традиционная кукуруза, посаженная в пределах четырех рядов Bt-кукурузы, также экспрессирует определенный уровень Bt-токсинов, включая Vip3A.
Вероятно, это связано с опылением ветром, в результате которого пыльца Bt попадает на кукурузу, не содержащую Bt. По мере роста некоторые зерна, не содержащие Bt, «загрязняются» и экспрессируют токсин Vip3A. Результаты команды показывают, что «убежища» на самом деле подвергают американскую кукурузную совку воздействию низких уровней Vip3A и ускоряют появление устойчивости к Vip3A.
В качестве проверки исследователи сначала секвенировали геномы гусениц совки, собранные из кукурузы, экспрессирующей только отдельные токсины Cry, и сравнили их с геномами, собранными из кукурузы, не экспрессирующей токсины.
Они обнаружили, что геномные признаки устойчивости к токсинам можно обнаружить после одного поколения воздействия. Команда также определила конкретные гены с мутациями, которые могли бы объяснить устойчивость к токсинам. Эти гены кодируют пищеварительные ферменты, которые измельчают токсины Cry на более мелкие кусочки, возможно, не позволяя им убивать гусениц.
Затем ученые использовали тот же подход к секвенированию генома, чтобы выявить изменения в гусеницах, собранных из кукурузы, экспрессирующей токсин Vip3A. Они не только выявили ранние признаки появления устойчивости к Vip3A, но также описали, как общие стратегии предотвращения устойчивости могут фактически способствовать развитию устойчивости к Vip3A.
«Глобальная продовольственная безопасность зависит от наличия эффективных стратегий борьбы с вредителями, но в настоящее время эволюция устойчивости многих важных вредителей, опережает скорость, с которой мы можем открывать новые технологии, чтобы управлять ими. Я очень воодушевлен этим исследованием, потому что мы таким образом разрабатываем основу для использования геномных подходов для мониторинга и управления устойчивостью. В данном случае, стало ясно: нужны изменения стратегий, как в отношении того, как сеять Bt-кукурузу, так и в том, как контролировать резистентность личинок кукурузной совки», - заключила Меган Фриц.
Источник: University of Maryland.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
