Учёные обнаружили генетическую основу устойчивости вредителя к биотехнологическому хлопку

Международная команда под руководством учёных из Университета Аризоны и Министерства сельского хозяйства США обнаружила молекулярные механизмы, которые развились у насекомых, эволюционировавших устойчивость к генетически модифицированным растениям хлопка. Результаты, опубликованные 19 мая в журнале PLOS ONE, объясняют, как глобальный вредитель-гусеница, розовый коробочный червь (pink bollworm), преодолевает защиту Bt-хлопка, созданного для производства убивающего насекомых бактериального белка — Bt-токсина. Эти выводы могут серьёзно повлиять на стратегии управления устойчивостью вредителей к Bt-культурам.

"Bt-культуры принесли обществу огромную пользу, — сказал ведущий автор исследования Джеффри Фабрик. — Понимая, как насекомые адаптируются к Bt-культурам, мы можем разработать лучшие стратегии для отсрочки эволюции резистентности".

"Это первый анализ молекулярно-генетической основы серьёзной устойчивости вредителя к Bt-культуре в полевых условиях", — отметил соавтор работы Брюс Табашник.

В США, но не в Индии, фермеры применяли тактики, замедляющие эволюцию устойчивости у розового коробочного червя (например, создание "убежищ" из обычного хлопка и выпуск стерильных бабочек). В результате вредитель был практически искоренён на юго-западе США, что позволило сократить использование инсектицидов широкого спектра на 80% и экономить более $10 млн ежегодно. Однако в Индии, которая выращивает больше всего Bt-хлопка в мире, появились устойчивые популяции.

Это дало исследователям возможность проверить гипотезу, что устойчивость в полевых условиях развивается по тому же генетическому механизму, что и в лаборатории. В лабораторных штаммах учёные ранее идентифицировали мутации в гене, кодирующем белок кадгерин. Связывание Bt-токсина с кадгерином — важный этап процесса интоксикации, и мутации, нарушающие кадгерин, блокируют это связывание.

Сотрудничая с индийскими учёными, команда обнаружила, что устойчивость в Индии также связана с геном кадгерина, но мутации оказались другими и гораздо более многочисленными. "За 17 лет исследований и скрининга более 10 000 особей из Аризоны мы идентифицировали четыре мутации, основанные на кадгерине. А всего у восьми особей из Индии мы нашли 19 различных вариантов кадгерина, которые обеспечивают устойчивость. Это потрясающе", — сказал Табашник.

Секвенирование ДНК устойчивых особей из Индии показало, что насекомые производят невероятно разнообразные дефектные варианты кадгерина. Это разнообразие 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 эволюционировал в полевых условиях", — заключил Фабрик.

Как прокомментировал эксперт по Bt Марио Соберон, не участвовавший в исследовании, это важное открытие показывает, что ДНК-скрининг не будет эффективным для мониторинга устойчивости розового коробочного червя к Bt-токсинам.