Многотоксичные ГМ-культуры — не панацея, предупреждают учёные
Новая популярная стратегия выращивания генетически модифицированных культур, которые производят два или более токсина для защиты от насекомых-вредителей, основана на допущениях, которые не всегда работают, как обнаружили исследователи из Университета Аризоны (UA). Их исследование помогает объяснить, почему у одного из основных вредителей устойчивость развивается гораздо быстрее прогнозируемого, и предлагает идеи для более устойчивого контроля.
Пирамидальная стратегия и её допущения
Кукуруза и хлопок были генетически модифицированы для производства убивающих вредителей белков бактерии Bacillus thuringiensis (Bt). Чтобы противостоять эволюции устойчивости, фермеры перешли на «пирамидальную» стратегию: каждое растение производит два или более токсина, убивающих одного и того же вредителя. Двухтоксичный Bt-хлопок полностью заменил однодоксичный в США с 2011 года.
Большинство учёных согласны, что растения с двумя токсинами будут более долговечны. Однако преимущество пирамидальной стратегии основано на допущениях, которые не всегда выполняются.
Критическое допущение: избыточное уничтожение
Одно из ключевых допущений — избыточное уничтожение (redundant killing): если у вредителя есть устойчивость к одному токсину, второй токсин должен убить его.
Исследователи провели эксперименты с хлопковой совкой (Helicoverpa zea), отобрав устойчивость к токсину Cry1Ac. Как и ожидалось, устойчивые гусеницы выживали на растениях, производящих только Cry1Ac. Однако они также выживали значительно лучше, чем восприимчивые гусеницы, на «пирамидальном» Bt-хлопке, содержащем Cry2Ab в дополнение к Cry1Ac.
Это показывает, что допущение об избыточном уничтожении в данном случае не выполняется.
Анализ опубликованных данных по восьми видам вредителей показал, что некоторая степень перекрёстной устойчивости (cross-resistance) между токсинами Cry1 и Cry2 наблюдалась в 19 из 21 эксперимента. Это означает, что отбор одним токсином повышает устойчивость к другому, что противоречит концепции избыточного уничтожения.
Даже низкие уровни перекрёстной устойчивости могут подорвать пирамидальную стратегию, особенно у таких вредителей, как хлопковая совка, которые изначально не обладают высокой восприимчивостью к Bt-токсинам.
Проблемы с убежищами (refuges)
Исследование выявило нарушения других допущений для успеха стратегии. В частности, наследование устойчивости к растениям, производящим только Cry1Ac, было доминантным. Это снижает способность убежищ (стандартных растений без Bt-токсинов) замедлять развитие устойчивости.
При доминантном наследовании спаривание устойчивой и восприимчивой особи может давать устойчивое потомство, что ускоряет процесс.
Выводы и рекомендации
- Излишне оптимистичные допущения привели Агентство по охране окружающей среды США (EPA) к значительному снижению требований к посадке убежищ для двухтоксичных Bt-культур.
- Компьютерное моделирование показывает, что при выделении 10% площадей под убежища устойчивость развивается быстро, а при 30–40% — её можно существенно отсрочить.
- Необходимы дополнительные эмпирические данные для уточнения моделей и оптимизации стратегий.
Главный посыл: нужно быть осторожнее, особенно с такими вредителями, как хлопковая совка. Не следует считать пирамидальную стратегию «серебряной пулей».