Генетически модифицированный хлопок, кукуруза и соя производят белки из широко распространенной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis или Bt, которые убивают определенных насекомых-вредителей, но безвредны для большинства других существ, включая людей. Эти экологически безвредные токсины использовались производителями органических удобрений для опрыскивания в течение десятилетий и основными фермерами при выращивании искусственных культур Bt с 1996 года.
Посевы Bt в общей сложности на более чем полмиллиарда гектаров по всему миру за последние два десятилетия могут сократить использование Bt-культур. широко токсичные инсектициды и увеличивают прибыль фермеров. Однако быстрое развитие устойчивости некоторых вредителей к токсинам Bt уменьшило преимущества этого подхода.
Чтобы замедлить развитие устойчивости, фермеры сажают убежища для насекомых-хозяев, которые не вырабатывают токсины Bt, что позволяет выжить насекомым, чувствительным к токсинам. Когда в убежищах рядом с культурами Bt образуется много восприимчивых насекомых, это снижает вероятность того, что два устойчивых насекомых спариваются и производят устойчивое потомство. В Соединенных Штатах, Австралии и большинстве других стран от фермеров требовалось сажать убежища из не-Bt-хлопка рядом с первым коммерческим типом Bt-хлопка, производящим один Bt-токсин под названием Cry1Ac. Посадку таких убежищ, не содержащих Bt-хлопка, приписывают предотвращению развития устойчивости к Bt-хлопку у розовой совки (Pectinophora gossypiella) в Аризоне на протяжении более десяти лет.
Тем не менее, в Китае, который является производителем хлопка номер один в мире, убежища для не-Bt хлопка не потребовались. Китайский подход основан на ранее непроверенной идее о том, что убежища для не-Bt-хлопка там не нужны, потому что самый разрушительный вредитель, хлопковая совка (Helicoverpa armigera), питается многими культурами, кроме хлопка, которые не производят Bt-токсины, например кукуруза, соя и арахис.
Результаты, представленные в новом исследовании, являются первым убедительным доказательством того, что эти «естественные убежища» не-Bt культур, кроме хлопка, задерживают развитие устойчивости вредителей к Bt-хлопку.Табашник использовал компьютерное моделирование, чтобы спрогнозировать последствия различных предположений о влиянии естественных убежищ на севере Китая. Моделирование имитирует биологию хлопковой совки и схемы посадки 10 миллионов фермеров в северном Китае с 2010 по 2013 год, где Bt-хлопок составляет 98 процентов всего хлопка, но хлопок составляет только 10 процентов посевных площадей с съеденными культурами. хлопковой совкой.«Поскольку почти весь хлопок — это Bt-хлопок, моделирование без естественных убежищ предсказало, что количество устойчивых насекомых увеличится с одного процента популяции в 2010 году до более 98 процентов к 2013 году», — сказал Табашник, возглавляющий Департамент энтомологии и также является членом института BIO5 UA. «Напротив, сопротивление практически не увеличивалось при наиболее оптимистичном сценарии, когда каждый гектар 90-процентного естественного убежища был эквивалентен гектру не-Bt-хлопкового убежища».
В третьем сценарии исследователи использовали полевые данные о появляющихся хлопковых совках из разных культур, чтобы скорректировать долю каждого гектара естественного убежища по сравнению с хлопком, не содержащим Bt. Эти данные предоставил соавтор Kongming Wu из Института защиты растений в Пекине.
С помощью этого метода общая площадь естественных убежищ была эквивалентна 56 процентам убежищ, не относящихся к Bt-хлопку, и к 2013 году прогнозировалось, что 4,9 процента насекомых будут устойчивыми.Чтобы различить эти возможности, группа под руководством соавтора Идун Ву из Китайского Нанкинского сельскохозяйственного университета отслеживала сопротивление с 2010 по 2013 год на 17 участках в шести провинциях северного Китая. Насекомые были собраны с полей, и более 70 000 личинок были протестированы в лабораторных экспериментах по кормлению, чтобы определить, устойчивы ли они.
Этот обширный мониторинг показал, что процент устойчивых насекомых увеличился с одного процента популяции в 2010 году до 5,5 процента в 2013 году.Полевые данные предполагают, что естественные убежища не-Bt-культур, отличных от хлопка, замедлили резистентность с эффектом, аналогичным эффекту 56-процентного убежища, не содержащего Bt-хлопка, как и предсказывала модель.
«Наши результаты означают, что мы лучше понимаем, что происходит», — сказал Табашник. «Мы хотели бы поощрять дальнейшую работу по документации для отслеживания этих тенденций. Такой же анализ может быть применен в районах США, где используется стратегия естественного убежища.
«Природные убежища помогают, но не являются постоянным решением», — добавил он. «В документе указывается, что если текущая траектория продолжится, более половины популяции хлопковых совок в северном Китае будут устойчивы к Bt-хлопку через несколько лет».Чтобы избежать этого, авторы рекомендуют перейти на хлопок, который продуцирует два или более токсина Bt, и интегрировать Bt-хлопок с другими тактиками контроля, такими как биологический контроль со стороны хищников и паразитов.
«Самый важный урок заключается в том, что нам не нужно выбирать между биотехнологиями и традиционным сельским хозяйством», — сказал Табашник. «Вместо этого мы можем использовать передовой опыт обоих подходов для максимального увеличения продуктивности и устойчивости сельского хозяйства».