Генетический поиск раскрывает ключ к устойчивости у глобального вредителя хлопка
Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, выявило доминантно наследуемую мутацию, которая обеспечивает устойчивость к генетически модифицированному хлопку у гусениц хлопковой совки — одного из самых разрушительных сельскохозяйственных вредителей в мире.
Проблема устойчивости к Bt-культурам
Хлопок, кукуруза и соя были генетически модифицированы для производства инсектицидных белков почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt). Почти во всех ранее изученных случаях устойчивость к Bt наследовалась рецессивно. Однако в Китае фиксируется рост доминантной устойчивости хлопковой совки: для её проявления достаточно всего одной копии мутантного гена.
Детективная работа в геноме
Учёные из Университета Аризоны, Университета Теннесси и Нанкинского сельскохозяйственного университета (Китай) сравнили ДНК устойчивых и восприимчивых особей. Поиск сузили с 17 000 генов до региона из 21 гена, а затем — до одного-единственного отличия в паре оснований ДНК.
Эта ключевая мутация находится в новом гене HaTSPAN1,
кодирующем белок тетраспанин, участвующий в межклеточной коммуникации.
Это первое исследование, обнаружившее связь между Bt-токсинами и
тетраспанинами.
Доказательство с помощью CRISPR
Используя инструмент редактирования генов CRISPR, исследователи:
- "Выключили" мутантный ген
HaTSPAN1у устойчивых совок — они стали восприимчивы к Bt. - Внедрили эту мутацию в геном восприимчивых совок — они стали устойчивы.
Это доказало, что изменение одной пары оснований достаточно для возникновения устойчивости.
Распространение в полях
Анализ ДНК тысяч бабочек, собранных в Китае с 2006 по 2016 год, показал, что частота этой мутации выросла в 100 раз (с 1 на 1000 до 1 на 10). Прогноз указывает, что при текущем тренде половина популяции хлопковой совки в Северном Китае будет нести эту мутацию в течение пяти лет.
Глобальные последствия и решения
Хлопковая совка распространена в более чем 150 странах. Обнаружение мутации позволяет действовать на опережение. Фермерам в Китае рекомендуется перейти с хлопка, производящего один Bt-белок, на сорта с двумя или тремя различными Bt-белками (как в США и Австралии), чтобы замедлить эволюцию устойчивости.
Исследование демонстрирует, что геномный скрининг станет мощным инструментом для мониторинга устойчивости вредителей не только к Bt-токсинам, но и к инсектицидам в целом.