Устойчивость вредителей угрожает новейшей биотехнологической защите кукурузы
Кукурузные жуки-диабротики, вредители, наносящие ущерб в миллиарды долларов ежегодно, эволюционируют, вырабатывая устойчивость, которая ослабляет даже новейшие биотехнологические средства контроля. К такому выводу пришло новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Энтомологи из Университета Аризоны, опираясь на данные за десятилетия из нескольких штатов, обнаружили, что устойчивость к Bacillus thuringiensis (Bt), выработанная в полевых условиях, подрывает эффективность кукурузы, которая воздействует на корневых червей комбинацией Bt и РНК-интерференции (RNAi). RNAi — это новая биотехнология, которая использует собственные генетические инструкции вредителя против него самого.
Исследовательская группа проанализировала обширные полевые данные, собранные за последние два десятилетия в 12 предыдущих исследованиях, включая оценку миллионов корневых червей в Кукурузном поясе США (от западного Огайо до восточной Небраски и северо-восточного Канзаса).
«Результаты последовательно показывают, что на полях, где эволюционировала устойчивость к Bt, комбинация Bt и РНК-интерференции обеспечивает меньшую защиту от повреждений корневыми червями», — заявил ведущий автор исследования Брюс Табашник.
«Это не лабораторные данные, — добавил он. — Это реальные полевые данные, собранные в университетских и отраслевых исследованиях в нескольких штатах».
Жуки на миллиард долларов
Кукурузные жуки-диабротики не зря называют «жуками на миллиард долларов», по словам Табашника.
«Это действительно коварные, скрытные вредители, — сказал он. — В каждый из последних двух лет корневые черви нанесли ущерб урожаю кукурузы в США примерно на 2 миллиарда долларов, и еще около миллиарда долларов ежегодно инвестируется в борьбу с ними».
Скрываясь под землей, личинки этих жуков подгрызают основу самой ценной культуры Америки. В гонке вооружений с этими вредителями генетически модифицированные культуры стали важным инструментом, увеличивая урожайность и снижая зависимость фермеров от широкоспектральных инсектицидов, которые могут быть вредны для людей и окружающей среды.
Bt-кукуруза сконструирована для производства белков почвенной бактерии, которые убивают вредителей, но не токсичны для людей или дикой природы. Bt-кукуруза, нацеленная на корневых червей, была впервые представлена в 2003 году.
«Она была высокоэффективна, — сказал Табашник, — но через несколько лет начала появляться устойчивость, выработанная в полевых условиях».
Слишком много хорошего
Устойчивость к Bt возникает в результате дарвиновского отбора — того же процесса, который приводит к устойчивости к антибиотикам. Поскольку Bt-кукуруза была так эффективна против корневых червей, многие фермеры начали сажать ее год за годом.
Хотя она уничтожала большинство вредителей, некоторые особи, которые были от природы генетически менее восприимчивы, неизбежно выживали и передавали свою устойчивость следующему поколению.
Семенные компании ответили «пирамидальной» стратегией, комбинируя два разных Bt-белка для уничтожения одного и того же вредителя.
«Идея в том, что если насекомое устойчиво к одному Bt-белку, другой его убьет, — объяснил Табашник. — И это помогло. Но вскоре корневые черви эволюционировали, выработав устойчивость к обоим типам Bt-белков».
Новая линия обороны появилась в 2022 году с коммерциализацией РНК-интерференции (RNAi). Она работает путем «выключения» специфических генов вредителя, по сути, отключая функции, необходимые насекомому для выживания. В отличие от широкоспектральных инсектицидов, RNAi нацелена на ген, специфичный для вредителя, но отсутствующий у людей, животных или полезных насекомых.
Использование RNAi против кукурузных корневых червей — это первое применение данной технологии для контроля вредителя сельскохозяйственных культур. Она убивает медленнее, чем Bt, и используется в трансгенной кукурузе только вместе с Bt.
«Она никогда не предназначалась для самостоятельного использования. Её задумывали как комбинацию с Bt, — сказал Табашник. — Но к моменту фактической коммерциализации RNAi эффективность Bt + RNAi уже была подорвана из-за предсуществующей устойчивости к Bt».
Потеря биотехнологического преимущества
Результаты вызывают обеспокоенность, поскольку подчеркивают риск того, что даже эта новейшая технология может потерять свою силу против кукурузного вредителя. Исследователи рекомендуют использовать стратегии интегрированной борьбы с вредителями, включая старые методы, такие как севооборот, а также посадку обычной кукурузы («убежищ») рядом с трансгенными культурами, чтобы позволить выживать восприимчивым вредителям и замедлить развитие устойчивости.
«Фермеры полагались на эту новую технологию в ожидании, что она прослужит много лет. Наше исследование показывает, что срок службы этого инструмента может быть гораздо короче, если управление устойчивостью не будет воспринято всерьез», — предупредил Табашник.
«Это напоминание о том, что серебряной пули не существует. Эволюция не останавливается. Корневые черви адаптируются, и если мы не будем диверсифицировать наши подходы, мы так и будем бегать по кругу».