Обращение вспять устойчивости вредителей к биотехнологическому хлопку: Секрет в смеси
Насекомые-вредители, быстро адаптирующиеся к генетически модифицированным культурам, угрожают сельскому хозяйству во всем мире. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрирует успех неожиданной стратегии борьбы с этой проблемой: гибридизация генетически модифицированного хлопка с обычным снизила устойчивость у розового коробочного червя, прожорливого глобального вредителя.
Исследование — результат долгосрочного сотрудничества ученых из Университета Аризоны и Китая. За 11 лет они протестировали более 66 000 гусениц розового коробочного червя из долины реки Янцзы в Китае — обширного региона, где живут миллионы мелких фермеров.
По словам авторов, это первый случай обращения вспять значительной устойчивости вредителя к Bt-культуре. «Мы видели кратковременные всплески устойчивости в небольшой области, — сказал старший автор Брюс Табашник. — Но это не всплеск. Устойчивость значительно возросла во всем регионе, а затем снизилась ниже уровня обнаружения после внедрения этой новой стратегии».
Хлопок, кукуруза и соя были генетически модифицированы для производства убивающих вредителей белков из широко распространенной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt). Эти Bt-белки считаются экологически безопасными. Они используются в спреях органическими фермерами более 50 лет и в Bt-культурах, которые с 1996 года высаживают миллионы фермеров по всему миру на площади более 1 миллиарда акров. К сожалению, без адекватных контрмер вредители могут быстро развить устойчивость.
Основная стратегия задержки устойчивости — создание «убежищ» из растений-хозяев, не производящих Bt-белки. Это позволяет выживать насекомым, чувствительным к Bt, и снижает вероятность спаривания двух устойчивых особей. До 2010 года Агентство по охране окружающей среды США требовало «убежища» на отдельных полях. Посадка такого немодифицированного хлопка предотвратила развитие устойчивости у розового коробочного червя в Аризоне более чем на десятилетие. В Индии, несмотря на аналогичные требования, фермеры не соблюдали их, и устойчивость развилась быстро.
Гениальная стратегия, примененная в Китае, включает скрещивание Bt-хлопка с обычным, а затем перекрестное опыление полученного гибридного потомства первого поколения и посадку семян гибридов второго поколения. Это создает на полях случайную смесь: 75% растений Bt-хлопка рядом с 25% растений обычного хлопка.
«Поскольку хлопок может самоопыляться, гибриды первого поколения приходится создавать путем трудоемкого и дорогого ручного опыления каждого цветка, — пояснил Табашник. — Однако гибриды второго и всех последующих поколений легко получаются путем самоопыления. Таким образом, гибридная смесь и ее преимущества могут поддерживаться бесконечно».
Табашник называет эту стратегию революционной, потому что она не была разработана для борьбы с устойчивостью и возникла без предписаний государственных органов. Она появилась в фермерском сообществе долины реки Янцзы. В то время как ранее основное внимание уделялось недостаткам скрещивания генетически модифицированных и обычных растений, авторы отмечают, что новые результаты демонстрируют выгоды от такой гибридизации.
«Для фермеров в Китае эта практика дает краткосрочные выгоды, — добавил Табашник. — Гибридные растения, как правило, имеют более высокую урожайность, а семена гибридов второго поколения дешевле. Это рыночный выбор для немедленных преимуществ, и он способствует устойчивости. Наши результаты показывают 96% подавление вредителей и на 69% меньше обработок инсектицидами».
Хотя смеси семян кукурузы высаживаются в США с 2010 года, их влияние на адаптацию вредителей ранее не тестировалось в крупном масштабе. «Наше исследование предоставляет первые доказательства того, что посадка смесей Bt и обычных семян на полях оказывает эффект, задерживающий устойчивость или, как в данном случае, обращающий ее вспять», — сказал Табашник.
В отличие от стратегии в Китае, смеси семян кукурузы, высаживаемые в США, не предполагают гибридизации. Кроме того, в этих смесях может быть всего 5% обычной кукурузы, чего может быть недостаточно для эффективной борьбы с устойчивостью.
«Это исследование дает новый вариант управления устойчивостью, который очень удобен для мелких фермеров и может быть широко полезен в развивающихся странах, таких как Китай и Индия», — пояснил соавтор Конгмин У, руководивший работой в Китае.
«Замечательно в этой стратегии гибридной смеси семян то, что нам не нужно беспокоиться о соблюдении фермерами правил или регуляторных вопросах, — сказал Табашник. — Мы знаем, что она работает для миллионов фермеров в долине реки Янцзы. Будет ли она работать в других местах, еще предстоит выяснить».