Биологи отследили распространение устойчивых к гербицидам сорняков в Юго-Западном Онтарио
Команда с участием эволюционных биологов из Университета Торонто определила механизмы появления устойчивых к гербицидам штаммов инвазивного сорняка — обыкновенной водной конопли (Amaranthus tuberculatus) — на полях сои и кукурузы в Юго-Западном Онтарио.
Исследование показало, что устойчивость, впервые обнаруженная в Онтарио в 2010 году, распространяется двумя путями:
- Физический перенос пыльцы и семян устойчивых растений ветром, водой и другими средствами.
- Независимое возникновение мутаций устойчивости с последующим распространением.
Учёные пришли к такому выводу, сравнив геномы устойчивых к гербицидам растений с ферм Среднего Запада США и Южного Онтарио.
«Мы использовали современные методы анализа генома, чтобы изучить генетическое сходство разных популяций этих растений», — объясняет Джулия Крейнер, ведущий автор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Анализ ДНК показал, что геномы некоторых устойчивых растений в Онтарио были почти идентичны геномам очень далёких растений из США. Это свидетельствует о тесном родстве и предполагает, что семена были перенесены с одного поля на другое.
Хотя точный механизм переноса не установлен, такой перенос генов (генный поток) обычно происходит разными способами: семена могут переноситься водой, животными или сельскохозяйственной техникой. Для ветроопыляемых растений, таких как водная конопля, гены также могут распространяться через пыльцу.
В то же время, анализ выявил устойчивые растения, генетически не совпадающие ни с одной другой популяцией. Это указывает на независимое возникновение мутации, обеспечивающей устойчивость.
«У нас есть два региона в Юго-Западном Онтарио, где у популяций водной конопли развилась устойчивость. Мы ожидали, что из-за их близости у неё будет общее происхождение. Но наши результаты указывают на разные источники: занос семян из популяции в США и независимую эволюцию устойчивости в местной популяции», — говорит соавтор Стивен Райт.
«Одно из самых поразительных открытий — мы наблюдаем оба пути возникновения устойчивости на очень коротких временных масштабах. Эволюция происходит очень быстро и с использованием нескольких механизмов», — добавляет соавтор Джон Стинчкомб.
Исследователи изучали штаммы водной конопли, устойчивые к глифосату — одному из самых широко используемых в мире гербицидов, известному под торговой маркой Roundup.
«Водная конопля — один из самых проблемных сельскохозяйственных сорняков в Северной Америке. В Онтарио она впервые появилась в одном округе в начале 2000-х, а по состоянию на этот год мы нашли её уже в семи разных округах. Она распространяется», — объясняет Джулия Крейнер.
Результаты подчёркивают важность строгого соблюдения сельскохозяйственных практик, направленных на минимизацию переноса генов и сдерживание устойчивых штаммов:
- Тщательная очистка сельскохозяйственной техники для предотвращения переноса семян.
- Чередование гербицидов от сезона к сезону.
- Севооборот (кукуруза, соя, пшеница).
«Однако управленческие практики до сих пор не устраняют первопричину — устойчивость к гербицидам эволюционирует повторно. Эти растения выработали устойчивость практически ко всем придуманным нами гербицидам. Похоже, не существует такого гербицида, к которому сорняк в итоге не смог бы эволюционировать», — предупреждает Крейнер.
По её мнению, будущее может быть за альтернативными стратегиями, например, технологиями борьбы с сорняками на основе робототехники и машинного обучения, но эта проблема остаётся крайне сложной.