«Bt-культуры принесли большую пользу обществу», — сказал Джеффри Фабрик, ведущий автор исследования и энтомолог-исследователь Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Марикопе, штат Аризона. «Понимая, как насекомые приспосабливаются к культурам Bt, мы можем разработать более эффективные стратегии, чтобы задержать развитие устойчивости и расширить эти преимущества».«Многие механизмы устойчивости к Bt-белкам были предложены и изучены в лаборатории, но это первый анализ молекулярно-генетической основы серьезной устойчивости к Bt-культурам в полевых условиях», — сказал Брюс Табашник, один из авторов статьи. и заведующий кафедрой энтомологии Колледжа сельского хозяйства и естественных наук UA. Он также является членом института BIO5 UA.
Основываясь на лабораторных экспериментах, направленных на определение задействованных молекулярных механизмов, ученые знали, что розовая совка может развить устойчивость к токсину Bt, но им пришлось отправиться в Индию, чтобы наблюдать, как это происходит в полевых условиях.Фермеры в США, но не в Индии, приняли тактику, направленную на замедление развития резистентности у розовой совки.
Ученые из UA и Министерства сельского хозяйства США работали в тесном сотрудничестве с производителями хлопка в Аризоне, чтобы разработать и внедрить стратегии управления резистентностью, такие как создание «убежищ» для стандартных растений хлопка, которые не производят Bt-белки, и выпуск стерильных розовых совок. Посадка убежищ рядом с культурами Bt позволяет восприимчивым насекомым выживать и воспроизводиться и, таким образом, снижает вероятность того, что два устойчивых насекомых спариваются друг с другом и производят устойчивое потомство.
Точно так же массовое высвобождение стерильной моли также снижает вероятность столкновения двух устойчивых особей друг с другом и спаривания.В результате розовая совка практически искоренена на юго-западе США. Подавление этого вредителя с помощью Bt-хлопка является краеугольным камнем комплексной программы борьбы с вредителями, которая позволила производителям хлопка в Аризоне сократить использование инсектицидов широкого спектра действия на 80 процентов, сэкономив им больше средств. 10 миллионов долларов в год.
В США популяции розовых совок не выработали устойчивости к токсинам Bt в дикой природе. Однако устойчивые популяции розовой совки появились в Индии, где выращивается больше всего Bt-хлопка из всех стран мира.Культуры, генетически модифицированные для производства белков из бактерии Bacillus thuringiensis, или Bt, были введены в 1996 году и засеяны более чем 180 миллионами акров по всему миру в течение 2013 года.
Органические производители использовали Bt-белки в опрыскивании в течение десятилетий, потому что они убивают некоторых вредителей, но они не токсичен для людей и большинства других организмов. Борьба с вредителями с помощью белков Bt — в виде спреев или генно-инженерных культур — снижает зависимость от химических инсектицидов. Хотя Bt-белки обеспечивают экологические и экономические преимущества, эти преимущества прекращаются, когда вредители приобретают устойчивость.
Появление устойчивых розовых совок в Индии дало исследователям возможность проверить гипотезу о том, что насекомые в полевых условиях будут развивать устойчивость к токсину Bt с помощью того же генетического механизма, который ранее был обнаружен в лаборатории. В лабораторных штаммах ученые идентифицировали мутации в гене, кодирующем белок, называемый кадгерином. Связывание токсина Bt с кадгерином — важный этап процесса интоксикации.
Мутации, которые разрушают кадгерин, блокируют это связывание, что оставляет насекомое невредимым для токсина Bt.«Мы хотели узнать, есть ли у полевой устойчивой розовой совки из Индии такие же изменения в гене кадгерина», — сказал Фабрик.
Он сказал, что, сотрудничая с индийскими учеными, «мы обнаружили, что один и тот же ген кадгерина связан с устойчивостью в Индии, но мутации отличаются и гораздо более многочисленны, чем те, которые мы обнаружили у отобранных в лаборатории розовых совок из Аризоны».Табашник добавил: «За 17 лет исследований и скрининга более 10 000 человек из Аризоны мы выявили четыре мутации устойчивости на основе кадгерина.
И всего у восьми человек из Индии мы обнаружили 19 различных вариантов кадгерина, которые придают устойчивость. Это взорвало наши умы. "Секвенируя ДНК устойчивой розовой совки, собранной с полей в Индии, команда обнаружила, что насекомые производят удивительно разнообразные нарушенные варианты кадгерина.
Исследователи узнали, что удивительное разнообразие кадгерина в розовой совке из Индии вызвано альтернативным сплайсингом — новым механизмом устойчивости, который позволяет одной последовательности ДНК кодировать множество вариантов белка. «Наши результаты представляют собой первый пример альтернативного сплайсинга, связанного с устойчивостью к Bt, который развился в этой области», — сказал Фабрик, который также является научным сотрудником отделения энтомологии в UA.Марио Соберон, эксперт по Bt в Национальном автономном университете Мексики в Куэрнаваке, который не был автором исследования, прокомментировал: «Это прекрасный пример разнообразных механизмов, которыми обладают насекомые для развития устойчивости. не может быть эффективным для мониторинга устойчивости розовой совки к токсинам Bt ».