Водяная конопля меняет стратегию для устойчивости к гербицидам

Исследователи из Университета Иллинойса задокументировали, как водяная конопля — трудноискоренимый сорняк в системах выращивания кукурузы и сои — отклоняется от стандартных стратегий детоксикации, чтобы противостоять гербициду, который никогда не выводился на рынок.

Химическое соединение, синкарповая кислота-3 (SA3), является предшественником ингибирующего HPPD гербицида Callisto. SA3 никогда не использовали на кукурузе, поскольку он убивает и сорняки, и саму культуру. Кукуруза переносит Callisto благодаря мощной системе детоксикации, которая нейтрализует вредное вещество. Однако эта система не работает против SA3.

Сорняки, такие как водяная конопля, обычно эволюционируют системы детоксикации, копирующие кукурузные. Поэтому особенно удивительно, что устойчивая к HPPD-ингибиторам водяная конопля способна обезвреживать SA3.

«Это, вероятно, первый известный пример, когда водяная конопля эволюционировала механизм детоксикации, отсутствующий у культуры. Она использует совершенно другой механизм, что усложняет борьбу с этим сорняком», — говорит Дин Ричерс, соавтор исследования в New Phytologist.

Это открытие означает, что водяная конопля теоретически может быть устойчива к новым гербицидам ещё до их появления на рынке.

«Мы всегда знали, что метаболическая устойчивость опасна, поскольку может обеспечить резистентность к ещё не открытым гербицидам. Мы только что показали, что это реальность», — отмечает Ричерс.

Неожиданный механизм устойчивости к SA3

Исследователи проследили биохимические реакции в устойчивых растениях водяной конопли при обработке SA3.

Детоксикация обычно происходит в две фазы:

1. Фаза 1: ферменты p450 удаляют электроны из токсичных соединений.
2. Фаза 2: ферменты GST подключаются для дальнейшей нейтрализации.

Однако в случае с SA3 в устойчивой водяной конопле произошло обратное: в первой фазе к молекулам SA3 добавились электроны, а также удалилась молекула воды. Это подготовило соединение для атаки ферментами GST во второй фазе.

«Это удивительно, потому что реакции первой фазы пошли не так, как ожидалось, и мы даже не предполагали участие GST для этого класса гербицидов. Мы не видим, чтобы кукуруза подготавливала химические вещества для атаки GST. Это очень, очень редкий случай для гербицидов», — объясняет Кристал Консепсьон, соавтор исследования.

Отход от шаблона и в случае другого гербицида

Исследовательская группа обнаружила и другой пример нестандартной устойчивости. Ранее считалось, что водяная конопля, как и кукуруза, использует GST для детоксикации почвенного гербицида S-метолахлора. Однако в исследовании, опубликованном в Plant and Cell Physiology, данные метаболомики показали, что основной механизм устойчивости у водяной конопли — это ферменты p450.

Активность p450 у устойчивой водяной конопли оказалась в 20 раз выше, чем у кукурузы и у чувствительного к гербициду биотипа водяной конопли.

Выводы

Оба исследования демонстрируют, что водяная конопля больше не полагается на «подсказки» от кукурузы в детоксикации, а эволюционирует собственные, непредсказуемые способы противостояния гербицидам. Это подчёркивает необходимость больше полагаться на нехимические методы контроля и не допускать обсеменения сорняков.