Учёные раскрыли механизм устойчивости сорняков к глифосату

Исследователи из Университета штата Канзас (Kansas State University) обнаружили, как сорные растения развивают устойчивость к популярному гербициду глифосату. Это открытие может иметь серьёзные последствия для сельского хозяйства и других отраслей.

Результаты опубликованы 12 марта в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Проблема устойчивости

Устойчивость сорняков к гербицидам — серьёзная проблема в США и мире. Особенно беспокоят два вида щирицы: щирица Палмера (Palmer amaranth) и щирица обыкновенная (common waterhemp). Глифосат, ключевой компонент Roundup, широко используется для борьбы с ними, но его эффективность падает.

Новый механизм устойчивости

Исследователи выяснили, что устойчивые растения щирицы Палмера содержат сотни копий гена-мишени для глифосата. Поэтому даже дозы, значительно превышающие рекомендованные, не убивают их.

Ключевое открытие: эти дополнительные копии гена находятся не в обычных линейных хромосомах, а в отдельной кольцевой структуре ДНК — внехромосомной кольцевой ДНК (extra-chromosomal circular DNA, eccDNA).

• Каждая молекула eccDNA содержит одну копию гена, кодирующего фермент-мишень для глифосата.
• Сотни таких молекул в клетке приводят к выработке огромного количества фермента, что и делает растение невосприимчивым к гербициду.

Скорость эволюции и последствия

Устойчивость через eccDNA может развиться очень быстро, возможно, всего за одно поколение. Эта устойчивость временная (транзиторная): она передаётся потомству и родственным видам, но ещё не закреплена в хромосомах постоянно.

Ранее та же группа учёных обнаружила схожий механизм у щирицы обыкновенной: часть линейной хромосомы с геном-мишенью разорвалась, образовав кольцевую хромосому с несколькими копиями гена (публикация в Plant Physiology).

Будущие стратегии борьбы

Поскольку кольцевые структуры ДНК могут быть нестабильны, учёные планируют исследовать, можно ли, прекратив давление глифосата, снова сделать растения восприимчивыми к нему.

Рекомендации для фермеров:

• Внедрять комплексные стратегии управления: чередовать гербициды и культуры.
• Снижать давление отбора глифосатом, чтобы нестабильные eccDNA и кольцевые хромосомы могли быть утрачены.
• Не злоупотреблять глифосатом, чтобы сохранить возможность его использования для устойчивого сельского хозяйства.