Устойчивость сорняков к гербицидам вызвана ранее существовавшими генетическими вариантами

Чёрная трава стала самым экономически вредоносным устойчивым к гербицидам сорняком в Европе. Команда под руководством исследователей из Института биологии Макса Планка в Тюбингене и Университета Хоэнхайма в Штутгарте выяснила, что эта устойчивость в основном обусловлена генетическими вариантами, существовавшими до начала применения гербицидов. Результаты опубликованы в журналах Proceedings of the National Academy of Sciences и Plant Biotechnology Journal.

Проблема и механизмы устойчивости

Чёрная трава, произрастающая на полях пшеницы или ячменя, может значительно снижать урожай. Десятилетия борьбы с ней с помощью гербицидов, нацеленных на специфические белки растения, привели к тревожному росту резистентности: только в Великобритании ежегодный ущерб оценивается почти в полмиллиарда евро.

Наиболее проблемной и частой является мишень-опосредованная устойчивость: изменение в самом гене, кодирующем целевой белок, делает растение невосприимчивым даже к высоким дозам гербицида.

Исследование генетической основы

Учёные задались вопросом, какую роль в быстром распространении такой устойчивости играют вновь возникающие мутации по сравнению с уже присутствовавшими в популяции до воздействия гербицидов.

Для ответа они:

1. Создали референтный геном чёрной травы.
2. Проанализировали генетическую структуру устойчивых популяций, используя как местные образцы, так и предоставленные компанией BASF Agricultural Solutions образцы со всей Европы.

Ключевой вывод

Генетическое разнообразие в устойчивых популяциях указывает, что распространение резистентности — это в основном результат ранее существовавших генетических вариантов, а не спонтанных мутаций, возникших под давлением отбора. Эмпирические данные и компьютерное моделирование подтвердили, что варианты, обеспечивающие мишень-опосредованную устойчивость, вероятно, присутствовали в популяциях ещё до начала массового применения гербицидов.

Практические последствия и новые методы

Для исследования команда разработала эффективный протокол секвенирования генов, позволяющий анализировать более 100 особей из одной экстракции ДНК. Метод был применён к 64 полевым популяциям в Германии (образцы от компании Agris42).

Моделирование показывает, что устойчивые генетические варианты, даже редкие, будут сохраняться на полях десятилетиями без обработки.

Вывод для сельского хозяйства: Стратегии управления не должны полагаться только на гербициды. Необходимо интегрировать механические методы борьбы с сорняками и севооборот, чтобы постоянно поддерживать низкий уровень засорённости полей.