Исследование: попытки нейтрализовать адаптацию вредителей к Bt-культурам могут потерпеть неудачу

Фото. Адаптация к ГМО

Устойчивость вредителей к Bt-токсину, который есть в Bt-культурах с одной привитой особенностью (чертой) подтолкнула ГМ-промышленность к созданию культур с несколькими особенностями, чтобы попытаться убить вредителей, развивших устойчивость к одному токсину. Но новое исследование показывает, что подобная модель неверна и обречена на провал.

Новое исследование энтомологов из Университета Аризоны опубликованное в Трудах Национальной академии наук (http://www.pnas.org/content/early/2013/03/22/1216719110.abstract) утверждает, что стратегия, широко используемая при борьбе с вредителями быстро приспосабливающимися к защитным токсинам растений, может потерпеть неудачу в случаях, если не использовать перспективные профилактические меры.

Если коротко, кукуруза и хлопок, были генетически модифицированы для генерации убийственных для вредителей белков из бактерий Bacillus Thuringiensis (или Bt). По сравнению с обычными распыляемыми инсектицидами, Bt-токсины, произведенные генетически модифицированными культурами гораздо безопаснее для людей и окружающей среды, поясняет возглавлявший это исследование Ив Карриер, профессор энтомологии из американского колледжа сельского хозяйства и наук о жизни.

Хотя и Bt-культуры помогли снизить объем использования инсектицидов, повысить урожайность и увеличить прибыль фермеров, их польза будет недолгой, если вредители смогут быстро адаптироваться, сказал Брюс Табашник, соавтор исследования и глава американского отдела энтомологии. «Наша цель понять, как насекомые развивают устойчивость к таким культурам, чтобы мы могли разработать и внедрить более устойчивые и экологически чистые средства борьбы с вредителями» сообщил он. Табашник и Карриер являются членами американского института BIO5 при университете Аризоны.

Bt-культуры впервые начали широко применяться в 1996 году, и сразу же несколько вредителей стали устойчивыми к растениям, которые производят один токсин. Чтобы помешать дальнейшему развитию устойчивости у вредителей к Bt-культурам, недавно фермеры стали применять стратегию «пирамиды»: каждая выращиваемая культура производит два или больше токсинов, которые все же убивают вредителей. Как сообщается в исследовании, эта стратегия стала широко использоваться в США с 2011 года, когда хлопок с одним Bt-токсином полностью заменили хлопком с двумя Bt-токсинами.

Большинство ученых согласны с тем, что культуры с двумя токсинами будут более эффективными, чем культуры с одним токсином. Однако эффективность подобной стратегии опирается на предположения, которые не всегда выполняются, говорится в исследовании. Использование лабораторных экспериментов, компьютерного моделирования и анализа опубликованных экспериментальных данных, позволяют объяснить, почему один из вредителей становится устойчивым быстрее, чем ожидалось.

«Стратегия пирамиды была разрекламирована в основном на основе имитационных моделей», сказал Карриер. «Мы проверили основные установки модели в лабораторных экспериментах на основных вредителях кукурузы и хлопка. Результаты дали эмпирические данные, которые могут помочь улучшить модели и сделать культуры более эффективными».

Одной наиболее важной установкой это стратегии является то, что сельскохозяйственные культуры обеспечивают убийство с запасом, поясняет Карриер. «Резервное убийство может быть достигнуто с помощью культур производящими два токсина, которые действуют по-разному, чтобы все-таки убить вредителей» сказал он, «поэтому, если отдельный вредитель устойчив к одному из токсинов, то другой токсин точно его убьет».

В реальном мире все немного сложнее, заявляет команда Карриера. Ученый, приглашенный из Франции Тьерри Бреволт, привел лабораторные эксперименты в США. Его родной институт, центр сельскохозяйственных исследований в целях развития (англ. the Center for Agricultural Research for Development – CIRAD), остро заинтересован в факторах, которые могут повлиять на устойчивость вредителей к Bt-культурам в Африке.

Фото. Гусеница хлопковой совки (Helicoverpa Zea). В данном случае она является вредителем кукурузы.

Фото. Гусеница хлопковой совки (Helicoverpa Zea). В данном случае она является вредителем кукурузы.

«Конечно мы, не может выпустить устойчивых насекомых в поле, поэтому для проведения экспериментов разводим их в лаборатории и кормим культурами», говорит Карриер. Для этих экспериментов по изучению устойчивости к одному из Bt-токсинов, Cry1Ac, группа выбрала хлопкового коробочного червя, также известного как гусеница хлопковой совки (Helicoverpa Zea), которая является основным сельскохозяйственным вредителем не только хлопка, но и кукурузы.

Как и ожидалось, устойчивые гусеницы выжили после поедания хлопковых растений, производящих только один токсин. Удивление наступило тогда, когда команда Карриер посадила их на Bt-хлопок, содержащий еще и Cry2Ab в дополнение к Cry1Ac.

Если предположение о «резервном убийстве» верно, то гусеницы устойчивые к одному токсину должны выжить на растения с одним токсином, но не на растениях с двумя токсинами, потому что второй токсин должны убить их, поясняет Карриер.

«Но отобранные гусеницы с устойчивостью к одному токсину на растениях с двумя токсинами чувствовали себя значительно лучше». Эти результаты показывают, что установка о «резервном убийстве» не применима в данном случае, а также может пояснить некоторые сведения о полевых популяциях хлопкового коробочного червя быстро развивающего устойчивость к токсинам.

Кроме того, проведенный анализ опубликованных данных о восьми видах вредителей показывает, что определенная степень перекрестной устойчивости к токсинам Cry1 и Cry2 произошла в 19 из 21 экспериментов. Противореча понятию «резервного убийства», перекрестная устойчивость означает, что выделение одного токсина повышает устойчивость организма к другому токсину.

По словам авторов исследования, даже незначительный уровень перекрестной устойчивости может снизить эффективность «резервного убийства» и подорвать пирамидную стратегию. Карриер сообщил, что это в первую очередь касается хлопковых коробочных червей и некоторых других вредителей, которые с самого начала не очень восприимчивы к Bt-токсинам.

Ученые обнаружили нарушение и других предположений, необходимых для оптимального выполнения пирамидной стратегии. В частности, наследование устойчивости к растениям, производящим только Bt-токсин Cry1Ac была доминирующей, которая, как ожидалось, уменьшит способность куколок задерживать дальнейшее развитие устойчивости.

Фото. Тот же вредитель, но у же на хлопке и уже называют хлопковым коробочным червем.

Фото. Тот же вредитель, но у же на хлопке и уже называют хлопковым коробочным червем.

Куколки гусениц состояли из стандартных растений, которые не производили Bt-токсины и таким образом позволяли выживать восприимчивым насекомым-вредителям. В идеальных условиях, наследование сопротивления не является доминирующим и количество восприимчивых вредителей выходящих из куколок значительно больше, чем устойчивых вредителей. Если это так, то в результате спаривания двух устойчивых вредителей маловероятно выведение устойчивого потомства. Но если наследование сопротивления является доминирующим, как видно на примере хлопкового коробочного червя, спаривание между устойчивой совкою и восприимчивой совкою может произвести устойчивое потомство, которое ускорит устойчивость.

По мнению Табашника, чрезмерно оптимистичные предположения послужили тому, что EPA в целях замедления эволюции вредителей значительно занизило требования к засеву Bt-культур имеющих два токсина.

Новые результаты этого исследования должны послужить тревожным сигналом, поскольку с увеличением количества куколок устойчивость будет расти, считает Карриер. «Наше моделирование говорит нам о том, что с 10 процентами площадей, отведенных для куколок, устойчивость развивается очень быстро, но если вы 30 или 40 процентов куколок изымете то, вы можете существенно замедлить ее».

«Наш главный вывод должен быть воспринят более осторожно, особенно для вредителей таких, как хлопковый коробочный червь» продолжает Карриер. «Нам нужно получить больше эмпирических данных для уточнения наших имитационных моделей. Между тем, давайте не будем считать, что пирамидная стратегия представляет собой серебряную пулю».

Оставить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :schu: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :njam: :mrgreen: :lol: :laila: :idea: :grin: :gaf: :foto: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Оповещать о новых комнетариях по RSS