Новые мутации устойчивости к гербицидам встречаются реже, чем ожидалось

Исследователи, подвергнув более 70 миллионов семян зернового амаранта действию почвенного гербицида, не смогли обнаружить ни одного устойчивого к гербициду мутанта. Предварительные результаты указывают, что частота мутаций у амаранта очень низка, а применение гербицида в низких дозах вносит мало — если вообще вносит — вклад в возникновение новых мутаций, обеспечивающих устойчивость.

Любой серьёзный стресс, который не убивает растение, может способствовать генетическим мутациям в его семенах и пыльце. Даже ультрафиолетовый свет солнца может вызывать стресс и повышать вероятность мутаций у потомства. Такие мутации увеличивают генетическое разнообразие, что может быть полезно для выживания вида.

«Устойчивость к гербицидам возникает из генетической вариативности в популяции», — объясняет профессор Патрик Транель. — Если у отдельного сорняка есть правильная мутация, позволяющая ему выжить при обработке конкретным гербицидом, эта особь выживет и передаст признак потомству».

Вклад именно новых мутаций в проблему устойчивости к гербицидам изучен плохо. Целью исследования было определить базовую частоту мутаций для растения рода Amaranthus (к которому относятся щирица водяная, щирица Палмера и другие проблемные сельскохозяйственные сорняки), а также проверить, повышает ли применение гербицида в сублетальных дозах эту базовую частоту.

• Методология: Эксперимент начался с одного семени Amaranthus hypochondriacus, близкородственного сельскохозяйственным сорнякам, но не известного наличием генов устойчивости к гербицидам. В условиях изолированной теплицы от этого растения вырастили поколения потомков и собрали более 70 миллионов семян.
• Скрининг: Семена высевали на почву, обработанную гербицидом из класса ингибиторов ALS, и наблюдали за выживанием проростков.
• Результат: Выжили лишь единичные растения. Тщательная проверка показала, что это были потомки семян сорных видов амаранта (с чёрными семенами), которые уже несли гены устойчивости и случайно попали в эксперимент. Ни одного нового мутанта A. hypochondriacus (со светлыми семенами) обнаружено не было.

Эксперимент подтвердил работоспособность метода для скрининга огромного количества семян, но также установил, что для определения базовой частоты мутаций и влияния гербицида потребуется протестировать гораздо больше 70 миллионов семян.

Значение для моделирования: Эти данные crucial для создания точных моделей, предсказывающих поведение растений в поле. Устойчивость к гербицидам — эволюционный процесс, описываемый математически. Точное знание поведения растений в разных условиях позволяет разрабатывать уравнения, прогнозирующие скорость развития устойчивости.

Вывод: Если частота мутаций действительно намного ниже ожидаемой, это не означает, что устойчивость не возникнет. «Возможно, устойчивость будет развиваться немного медленнее, чем считалось ранее. Но она всё равно возникнет», — заключает Транель.

Исследование опубликовано в журнале Weed Science.