Устойчивость инвазивного сорняка к известному гербициду обусловлена увеличением числа копий гена

Исследование учёных из Университета штата Канзас объясняет, почему инвазивный сорняк кохия подобен таракану в мире растений.

Митхила Джугулам, доцент агрономии, возглавила исследование, посвящённое тому, как кохия — популяции инвазивного сорняка, захватывающего посевы и несельскохозяйственные земли на западе Канзаса и Великих равнинах — выработала устойчивость к наиболее используемому гербициду глифосату, более известному как Roundup Weed Killer. Исследователи обнаружили, что у кохии эволюционировало наличие множественных копий гена, кодирующего мишень глифосата. Эти копии позволяют растениям выживать при полевых нормах применения глифосата.

«Это очень новый механизм устойчивости, который становится распространённым у ряда устойчивых к глифосату сорняков, включая амарант Палмера, обыкновенную водяную коноплю и кохию», — сказала Джугулам.

Исследование проводилось в сотрудничестве с Бикрамом Гиллом, заслуженным профессором патологии растений.

Журнал Plant Physiology недавно опубликовал их работу «Тандемная амплификация хромосомного сегмента, содержащего локус 5-енолпирувилшикимат-3-фосфат синтазы, обеспечивает устойчивость к глифосату у Kochia scoparia». Это первое исследование, обнаружившее молекулярно-цитогенетическую основу амплификации гена EPSPS у кохии.

Глифосат действует, блокируя фермент EPSPS, который имеет решающее значение для производства ароматических аминокислот в шикиматном пути. Если EPSPS нарушен, растение в конечном итоге погибает.

Используя инновационную технику флуоресцентной in situ гибридизации (Fiber FISH) на фрагменте ДНК кохии, команда обнаружила, что у устойчивой к глифосату кохии было дублировано несколько копий EPSPS, которые располагались друг за другом на одной хромосоме.

Исследователи также обнаружили, что чем больше копий EPSPS было у кохии, тем выше была её толерантность к глифосату. Например, растения кохии с 9–12 копиями EPSPS могли выжить при удвоенной рекомендованной дозе глифосата, в то время как растение с 16 копиями выдерживало шестикратную дозу.

Хотя увеличение числа копий гена EPSPS сделало неэффективным контроль кохии с помощью программ, использующих только глифосат, Джугулам отметила, что эта устойчивость развилась в результате непрерывного использования глифосата и отсутствия разнообразия гербицидов в борьбе с этим сорняком.

«Не известно, что гербициды вызывают мутации у растений, — сказала Джугулам. — Устойчивые особи изначально присутствуют в популяции в низкой концентрации и постепенно начинают доминировать над чувствительными растениями, если отбор с помощью того же гербицида продолжается».

В настоящее время Джугулам и коллеги изучают кохию из разных регионов США и Канады, чтобы выяснить, эволюционировали ли растения из других частей мира таким же образом. Это может пролить свет на будущие методы контроля.