Устойчивость водяной конопли к топрамезону объяснена метаболическим механизмом
Кукуруза естественным образом устойчива к некоторым гербицидам, детоксицируя их до того, как они нанесут вред. Это позволяет фермерам применять гербициды класса ингибиторов HPPD, которые уничтожают сорняки, такие как водяная конопля и щирица Палмера, но не вредят кукурузе. Однако на всё большем числе полей этот метод терпит неудачу — водяная конопля не погибает.
Ранее учёные изучали реакцию водяной конопли на два распространённых ингибитора HPPD — мезотрион (торговое название Callisto) и темботрион (Laudis) — и обнаружили, что сорняк использует тот же клеточный механизм детоксикации, что и кукуруза. Однако метаболический ответ на третий гербицид этого класса, топрамезон (Impact или Armezon), который относится к другой химической подгруппе, но так же широко используется, изучен не был.
Новое исследование Университета Иллинойса выявило путь детоксикации у двух популяций водяной конопли с Среднего Запада, который играет роль в быстром метаболизме топрамезона. К сожалению, это открытие — плохая новость для производителей кукурузы.
«Наша первоначальная теория заключалась в том, что водяная конопля будет имитировать кукурузу, как это происходит с двумя другими ингибиторами HPPD, но нет — она нашла другой способ», — говорит Дин Ричерс, соавтор исследования в Frontiers in Plant Science. — «Мы не знаем как или почему, но у неё механизм, отличный от естественного механизма кукурузы. Суть в том, что вы не можете использовать ни один из трёх ингибиторов HPPD для контроля этой популяции».
Популяция водяной конопли, о которой говорит Ричерс, происходит из поля в округе Мак-Лейн, Иллинойс. За последнее десятилетие на этом поле непрерывно выращивали семенную кукурузу, обрабатывая её всеми тремя ингибиторами HPPD, и водяная конопля проявляла устойчивость ко всем им. Учёные вырастили растения из этой популяции в теплице и обработали их всеми тремя гербицидами. По сравнению с двумя чувствительными популяциями, растения из округа Мак-Лейн выглядели отлично.
Исследователи также вырастили растения из популяции с поля в Небраске, которое обрабатывали только мезотрионом и темботрионом. Несмотря на отсутствие предшествующего контакта с топрамезоном, растения оказались устойчивыми. Они выглядели не так хорошо, как популяция из Иллинойса, но значительно лучше чувствительных популяций.
«Эксперимент в теплице показал, что популяция из Небраски действительно обладает устойчивостью к гербициду, с которым никогда не сталкивалась. Могли ли два других гербицида отобрать устойчивость к топрамезону? Мы с коллегами из Syngenta считаем, что да», — говорит Ричерс.
Используя разработанный ими метод анализа срезанных листьев для идентификации ферментов детоксикации, команда обнаружила, что растения из округа Мак-Лейн используют для детоксикации топрамезона иной путь, чем кукуруза. Ричерс отмечает, что это открытие интересно с научной точки зрения, но может быть горькой пилюлей для индустрии кукурузы.
«Это пугает, потому что эти популяции водяной конопли находят способ метаболизировать эти соединения, что значительно усложняет химический контроль над сорняками», — объясняет он. — «Если сорняки используют другой механизм детоксикации, вам пришлось бы разрабатывать гербицид другого типа, который не использует эти же метаболические пути. Он может быть эффективен против сорняков, но кто знает, перенесёт ли его кукуруза».
Химические компании могут использовать эту информацию в исследовательской работе для разработки новых продуктов, но у фермеров может не быть возможности ждать. Ричерс указывает на работы коллег по смешиванию в баке гербицидов с разными механизмами действия или использованию механического уничтожителя семян Harrington Seed Destructor как нехимических методов борьбы с устойчивостью.
«Наше исследование лишь подчёркивает, насколько важны альтернативные шаги для ограничения распространения этих устойчивых растений или предотвращения их появления в принципе», — заключает он.