Учёные разработали геномный метод мониторинга устойчивости к пестицидам

Исследователи из Университета Мэриленда разработали и успешно протестировали стратегию использования геномики для раннего выявления формирующейся устойчивости насекомых-вредителей к специфическим токсинам, задолго до того, как она станет широко распространённой проблемой. Работа позволит фермерам смягчать развитие резистентности и продлевать эффективность средств борьбы с вредителями.

Исследование опубликовано 18 марта 2024 года в Proceedings of the National Academy of Science.

Геномный подход к мониторингу резистентности

В предыдущей работе 2021 года команда показала, что геномные инструменты могут обнаруживать признаки эволюции устойчивости у кукурузной листовёртки (Helicoverpa zea) за четыре года до того, как насекомое сможет нанести повсеместный ущерб культурам. Однако использованные подходы были больше пригодны для исследований, чем для широкого применения в сельском хозяйстве.

В новом исследовании учёные модифицировали стратегию и определили конкретные геномные изменения, ответственные за устойчивость к нескольким типам Bt-токсинов (Cry1Ab, Cry1F и Vip3A). Кукурузная листовёртка уже выработала широкую устойчивость к Cry1Ab и Cry1F. Токсин Vip3A остаётся единственным эффективным Bt-токсином против этого вредителя.

Результаты исследования

• Раннее обнаружение: Учёные секвенировали геномы гусениц, собранных с кукурузы, экспрессирующей только индивидуальные Cry-токсины, и сравнили их с геномами насекомых с нетоксичной кукурузы. Геномные сигнатуры устойчивости к токсинам были обнаружены уже после одного поколения воздействия.
• Механизм устойчивости: Были идентифицированы конкретные гены с мутациями, которые могут объяснять устойчивость к токсинам. Эти гены кодируют пищеварительные ферменты, которые расщепляют Cry-токсины на более мелкие части, возможно, предотвращая их смертельное действие.
• Предупреждение для Vip3A: Применив тот же подход к насекомым с кукурузы, экспрессирующей токсин Vip3A, исследователи не только выявили ранние признаки формирующейся резистентности к Vip3A, но и показали, как обычные стратегии предотвращения резистентности могут фактически ускорять её развитие.

Проблема стратегии "убежища"

Для замедления развития устойчивости рядом с Bt-кукурузой часто высаживают нетоксичную кукурузу ("убежище", seed-blended refuge). Считалось, что это позволяет сохранять популяцию чувствительных к токсину насекомых.

Однако команда обнаружила, что не-Bt кукуруза, посаженная в пределах четырёх рядов от Bt-кукурузы, экспрессирует некоторый уровень Bt-токсинов, включая Vip3A. Это, вероятно, происходит из-за перекрёстного опыления, когда пыльца B-кукурузы попадает на не-Bt растения. Результаты показывают, что такая стратегия "смешанного убежища" может на самом деле подвергать гусениц воздействию низких уровней Vip3A и ускорять появление резистентности.

Выводы и перспективы

Работа указывает на необходимость изменения стратегий как посадки Bt-кукурузы, так и мониторинга устойчивости. Исследование предлагает основу для геномного тестирования, которое позволит в будущем отслеживать успешность мер по предотвращению резистентности.