Исследование раскрывает механизм повышения устойчивости белков Bt в ГМ-культурах

Ученые из Университета Аризоны и Нанкинского сельскохозяйственного университета обнаружили естественную стратегию, препятствующую развитию устойчивости вредителей к белкам Bacillus thuringiensis (Bt). Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что белок Cry1Ab убивает одного из самых опасных вредителей кукурузы — азиатского кукурузного мотылька (Ostrinia furnacalis) — с помощью двух независимых токсических путей.

Двойной механизм действия белка Cry1Ab

Для проявления токсичности белки Bt должны связаться со специфическими рецепторами в кишечнике насекомого. Ученые с помощью редактирования генов отключали три ключевых рецептора — ABCC2, ABCC3 и кадгерин — у гусениц азиатского кукурузного мотылька и изучали их реакцию на белки Cry1Ab и Cry1Fa.

Результаты показали:

• Белок Cry1Ab убивает гусениц двумя путями:
  1. Через рецептор ABCC2.
  2. Через комплекс кадгерин + ABCC3.
• Это создает «систему резервирования»: даже если мутация у вредителя блокирует один путь, второй остается смертоносным. Устойчивость к Cry1Ab развивается, только когда инактивированы оба пути одновременно.
• Белок Cry1Fa использует только один путь — через рецептор ABCC2. Поэтому одной мутации, нарушающей работу ABCC2, достаточно для возникновения высокой устойчивости к этому белку.

Эти выводы, полученные на гусеницах, были подтверждены в обратном эксперименте на модифицированной клеточной линии другого вредителя — совки Spodoptera frugiperda.

Объяснение загадки устойчивости у родственного вредителя

Открытие может объяснить давнюю загадку, связанную с близким родственником азиатского мотылька — европейским кукурузным мотыльком (Ostrinia nubilalis), основным вредителем в Северной Америке и Европе.

В полевых условиях устойчивость у этого вида к Cry1Fa развивалась быстрее (за 12 лет), чем к Cry1Ab (практическая устойчивость не отмечена даже после 21 года использования Bt-кукурузы). Новые данные позволяют предположить, что у европейского мотылька, как и у азиатского, Cry1Ab также использует два токсических пути, а Cry1Fa — только один, что замедляет эволюцию устойчивости к первому белку.

Перспективы для устойчивого сельского хозяйства

«Функциональная избыточность, использование одним белком Bt более одного токсического пути, не ограничивается Cry1Ab и азиатским кукурузным мотыльком — она встречается и у других белков Bt против других чешуекрылых вредителей», — отметил соавтор работы Брюс Табашник.

Этот естественный механизм можно использовать для повышения долговечности Bt-технологий: путем поиска нативных или конструирования новых белков Bt, которые атакуют вредителей по нескольким независимым путям одновременно.