СуперСадовод
  • Вредители адаптируются к несъедобным растениям

    26.05.2015

    Вредители адаптируются к несъедобным растениямИсследователи из UA разработали новый метод посадки генетически модифицированных культур, производящих два или больше токсинов, которые отгоняют вредителей при условии непостоянного использования.

    Это исследование позволяет объяснить, почему основной вредитель вырабатывает сопротивляемость намного быстрее, чем обычно прогнозируется, и предлагает новые способы для более продолжительных вариантов борьбы с вредителями.

    Как предполагают энтомологи из Университета Аризоны в своей работе, опубликованной в журнале «Труды Национальной академии наук», в некоторых случаях широко используемый метод, призванный не дать вредителям слишком быстро приспособиться к защитным токсинам растения, может не сработать, если не принимаются определённые профилактические меры.

    Кукуруза и хлопок были генетически модифицированы так, чтобы производить смертельные для вредителей белки из бактерий Bacillus Thuringiensis, или сокращённо Bt.

    По сравнению с обычными инсектицидными аэрозолями, Bt токсины, продуцируемые генетически модифицированными культурами, гораздо безопаснее для людей и окружающей среды, – объяснил возглавляющий исследование профессор энтомологии в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни UA Ив Карьер.

    Хотя Bt-культуры уже помогли снизить количество используемых инсектицидных аэрозолей, повысили урожайность и увеличили прибыль фермеров, польза от них может скоро пойти на спад, ведь вредители быстро адаптируются, – поясняет соавтор исследования и руководитель отдела энтомологии UA Брюс Табашник.

    Наша цель заключается в том, чтобы понять, как насекомые развивают сопротивление, что позволит нам разработать и внедрить более устойчивый и экологически чистый способ борьбы с вредителями. Табашник и Карьер являются членами Института UA BIO5.

    Bt-культуры были впервые широко использованы в 1996 году, и несколько видов вредителей уже выработали устойчивость к растениям, производящим один токсин.

    Чтобы помешать дальнейшему развитию у вредителей устойчивости к Bt-культурам, фермеры недавно перешли к стратегии «пирамиды»: каждое растение производит два или более токсина, смертельных для одного и того же вредителя.

    Как сообщается в исследовании, стратегия пирамиды получила широкое распространение вплоть до того, что в США двух-токсинный Bt-хлопок полностью заменил одно-токсинныый с 2011 года.

    Большинство ученых согласны с тем, что двух-токсинные растения будут более устойчивыми по сравнению со своими одно-токсинными собратьями.

    Однако, как сообщается в проведённом исследовании, преимущества стратегии пирамиды основываются на предположениях, которые не всегда выполняются.

    Учитывая лабораторные эксперименты, компьютерное моделирование и анализ опубликованных экспериментальных данных, новые результаты позволяют объяснить, почему основной вредитель начинает вырабатывать устойчивость к токсинам быстрее, чем ожидалось.

    Стратегия пирамиды был разрекламирована в основном на основе имитационных моделей, – говорит Карьер. – Мы проверили основные предположения модели при помощи лабораторных экспериментов с основным вредителем кукурузы и хлопка. Результаты дают эмпирические данные, которые помогут улучшить модель и сделать культуру более выносливой.

    Одним из наиболее важных предположений стратегии пирамиды является то, что сельскохозяйственные культуры вызывают дублирующий смертельный эффект, – объясняет Карьер.

    Дублирующий смертельный эффект достигается за счёт того, что растение производит два токсина, которые, действуя по-разному, нацелены на одного и того же вредителя, поэтому, если у отдельного вредителя присутствует резистентность к одному из токсинов, его убьёт второй токсин.

    Но, как выяснила команда Карьера, в реальном мире все немного сложнее. Приглашенный из Франции ученый, Фери Брево, провёл в UA серию лабораторных экспериментов.

    Его Центр сельскохозяйственных исследований и развития, или CIRAD, сильно заинтересован в выявлении факторов, которые могли бы повлиять на устойчивость вредителей к Bt-культурам в Африке.

    Конечно же, мы не можем выпустить устойчивых насекомых в поле, поэтому мы разводим их в лаборатории и приносим им растения для проведения экспериментов с кормлением, – рассказывает Карьер.

    Для своих экспериментов группа учёных использовала совку хлопковую – также известную как коробочный червь или Helicoverpa Zea, виды моли, которая является основным сельскохозяйственным вредителем, и выбрали тех особей, которые обладали сопротивлением к одному из Bt-токсинов, Cry1Ac.

    Как и ожидалось, устойчивые гусеницы выжили после питания на растениях хлопка, производящих только один токсин. Но большего всего команда Карьера удивилась, когда они поместили их на пирамидный Bt-хлопок содержащий в дополнение к Cry1Ac ещё и Cry2Ab.

    Если предположение о дублирующем смертельном эффекте является правильным, гусеницы устойчивые к первому токсину должны выжить на одно-токсинном растении, но не на двух-токсиннном, потому что второй токсин должны убить их, – объясняет Карьер.

    Но на двух-токсинном растении гусеницы, выбранные за устойчивость к одному токсину, выживали значительно лучше, чем гусеницы из восприимчивой линии.

    Результаты этого эксперимента показывают, что основное предположение о дублирующем смертельном эффекте в данном случае не применимо, а также объясняют сообщения о некоторых популяциях хлопковой совки, которая быстро выработала устойчивость к обоим токсинам.

    Кроме того, опубликованные анализы полученных данных по восьми видам вредителей показывает, что в 19 из 21 экспериментах проявилась некоторая степень перекрестной резистентности к токсинам Cry1 и Cry2.

    Противореча концепции дублирующего смертельного эффекта, перекрестная резистентность означает, что выборка с одним токсином повышает устойчивость организма к другому токсину.

    По словам авторов исследования, даже низкие уровни перекрестной резистентности могут снизить эффективность дублирующего смертельного эффекта и подорвать стратегию пирамиды.

    Карьер пояснил, что это приведёт к особым затруднениям в случае с коробочным червём и некоторыми другими вредителями, которые изначально не очень восприимчивы к Bt-токсинам.

    Ученые обнаружили недостоверность и ряда других предположений, важных для оптимального успеха стратегии пирамиды. В частности, наследование сопротивления растениям, производящими только Bt-токсин Cry1Ac, было доминирующим, и, как ожидалось, должно было уменьшить способность убежищ задерживать устойчивость.

    Убежища состоят из обычных растений, которые не производят Bt-токсины и таким образом позволяют выживать восприимчивым насекомым-вредителям.

    В идеальных условиях, наследование сопротивления не является доминирующим и восприимчивые вредители, покидающие убежища, должны значительно превышать число устойчивых вредителей.

    При таком раскладе, скрещивание между двумя устойчивыми вредителями, необходимое для производства устойчивого потомства, крайне маловероятно.

    Но если наследование сопротивления является доминирующим, как в случае с коробочным червём, скрещивание между устойчивой молью и восприимчивой, может привести к появлению устойчивого потомства, которое лишь ускорит выработку сопротивления.

    По мнению профессора Табашника, чрезмерно оптимистичные предположения привели к тому, что EPA значительно снизили требования к посадке убежищ, чтобы замедлить эволюцию вредителей, устойчивых сразу к двум токсинам Bt-культур.

    Результаты исследования должны послужить предупреждением и рекомендацией к увеличению площадей убежищ для большей отсрочки формирования сопротивления, – предостерегает Карьер.

    Наши модели говорят о том, что при 10 процентах площадей, отведенных на убежища, сопротивление будет формироваться очень быстро, и только увеличение этих зон до 30 или 40 процентов позволит достичь существенного замедления.

    Наш главный вывод заключается в том, что фермерам следует быть более осторожными, особенно с такими вредителями, как хлопоковая совка, – подводит итог Карьер.

    Нам по-прежнему требуется больше эмпирических данных для уточнения наших имитационных моделей, оптимизации стратегий и знания того, какова должна быть площадь убежищ.

    И давайте не будем считать, что стратегия пирамиды является самым простым решением.



  • Нравится
    Оставьте Ваш комментарий

    Пожалуйста напишите комментарий



    Яндекс.Метрика