Модификация риса для устойчивости к гербициду вызывает всплеск роста у сорных соседей

Рис, содержащий сверхактивный ген, делающий его устойчивым к распространённому гербициду, может передать этот генетический признак сорному рису, вызывая мощный рост даже без применения гербицида для активации преимущества модификации.

Ранее учёные обнаруживали, что когда генетически модифицированный признак передаётся от культурного растения близкородственному сорняку, сорняк приобретает созданное преимущество культуры (например, устойчивость к вредителям) только в присутствии этих вредителей.

Это новое исследование — удивительный пример потока генов от культур к сорнякам, который делает сорняки более жизнеспособными даже без экологического триггера.

Предполагаемая причина: этот метод модификации усиливает собственный механизм контроля роста растения, по сути заставляя его расти быстрее. Это привлекательная черта для культур, но потенциально проблемная для сорных родственников, которые могут вытеснить культуру.

"Наш следующий вопрос — можно ли разработать этот метод усиления роста растений для любой культуры. Мы хотим знать, могут ли фермеры получить более высокую урожайность, а затем, если произойдёт скрещивание с родственным сорняком, сделает ли это сорняк также более плодовитым", — сказала Аллисон Сноу, профессор эволюции, экологии и биологии организмов в Университете штата Огайо.

Работа — результат многолетнего сотрудничества Сноу со старшим автором Бао-Жун Лу, профессором Фуданьского университета в Шанхае. Их публикация появилась в журнале New Phytologist.

Гербицид глифосат (продаётся под маркой Roundup) убивает растения, подавляя связанный с ростом путь, активируемый геном epsps. Биотехнологические компании вставляют мутировавшие формы похожего гена из микробов в сельскохозяйственные культуры, производя устойчивые к Roundup кукурузу и сою.

Но в этом исследовании учёные использовали другой метод — повысили активацию собственного гена epsps в растениях риса (процесс, называемый сверхэкспрессией), чтобы придать растениям достаточно устойчивости для выживания после применения гербицида.

Чтобы сверхэкспрессировать нативный ген в рисе, учёные присоединили к нему промотор, давая растению дополнительную копию собственного гена и обеспечивая постоянную активацию гена.

Исследователи провели тесты на рисе и четырёх штаммах его родственника — сорного риса, вредного растения, засоряющего рисовые поля по всему миру. Скрещивая генетически изменённый устойчивый рис с сорным рисом, чтобы имитировать естественный процесс в поле, учёные создали гибриды культура-сорняк, которые росли крупнее и давали больше потомства, чем немодифицированные аналоги, — даже без присутствия гербицида.

В регулируемых полевых экспериментах гибриды, содержащие сверхэкспрессированный ген, производили на 48–125% больше семян на растение, чем гибридные растения без модифицированных генов. У них также были выше концентрации ключевой аминокислоты, скорость фотосинтеза и рост молодых семян по сравнению с контролем — всё это считается признаками лучшей приспособленности в эволюционном плане.

"Приспособленность трудно измерить, но можно сделать вывод, что если ген даёт намного больше семян на растение по сравнению с контролем, это, вероятно, повышает приспособленность растений, потому что эти гены будут представлены в большем проценте в будущих поколениях", — сказала Сноу.

Сноу интересуется выявлением новых возможных последствий роста гибридов культура-сорняк, содержащих генетические модификации, но не занимает чью-либо сторону в отношении рисков и преимуществ ГМО.

"Не всегда конец света, если сорняк становится более распространённым после приобретения нового признака — могут быть эффективные способы управления этим сорняком. Просто нельзя делать обобщающих заявлений о генной инженерии, а знания из экологических исследований, подобных нашему, могут помочь информировать оценку рисков и биобезопасность".