После воздействия почвенного гербицида на более чем 70 миллионов семян зернового амаранта исследователи не смогли найти ни одного устойчивого к гербицидам мутанта. Хотя предварительные результаты показывают, что уровень мутаций у амаранта очень низок, и применение гербицидов в малых количествах практически не способствует возникновению новых мутаций, придающих устойчивость, говорят исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Weed Science.
Любой серьезный стресс, который не убивает растение, может способствовать генетическим мутациям в его семенах и пыльце, сказал профессор растениеводства Университета Иллинойса Патрик Транел, который руководил новым исследованием. По его словам, даже ультрафиолетовое излучение солнечного света может вызвать стресс у растения и увеличить вероятность мутаций в его потомстве. Такие мутации увеличивают генетическое разнообразие, что может быть полезно для выживания вида.
«Устойчивость к гербицидам возникает из-за генетической изменчивости популяции», - сказал Транел. «Если у отдельного сорняка есть правильная мутация, которая позволяет ему выжить под действием определенного гербицида, этот экземпляр выживет и передаст признак своему потомству».
Относительный вклад новых мутаций в проблему устойчивости к гербицидам плохо изучен, сказал Транел. Он и его коллеги надеялись определить базовую частоту мутаций для растения рода Amaranthus, группы, в которую входят водяная конопля, амарант Палмера и другие проблематичные сельскохозяйственные сорняки. Они также хотели проверить, увеличило ли применение гербицидов, которые не убили растение, этот базовый показатель.
Исследователи начали с одного семени Amaranthus hypochondriacus, который тесно связан с несколькими сельскохозяйственными сорняками, но не содержит генов устойчивости к гербицидам. Используя теплицу, чтобы изолировать свои эксперименты от потенциального загрязнения другими видами амаранта, команда вырастила это растение, собрала его семена и начала долгий процесс выращивания поколений родственных растений и сбора семян.
«Хорошее растение дает около 100 000 семян», - сказал Транел. «Из этого одного растения мы в конечном итоге получили более 70 миллионов семян».
Несмотря на изоляцию лаборатории и бдительность ученых, несколько других семян амаранта попали в эксперимент.
"Эти семена крошечные и цепляются за вещи. Вы можете иметь семена, прилипшие к вашей коже, и не знать об этом", - сказал Транел. «Один из студентов нашел у себя в брови семена сорняков после того, как вышел из теплицы».
К счастью для ученых, семена сорного вида Amaranthus черные, в то время как их подопытные растения дали только семена светлого цвета.
Чтобы проверить семена на устойчивость к гербицидам, исследователи распределили их по поверхности почвы, обработанной гербицидом, известным как ингибитор ALS, а затем подождали, чтобы увидеть, выживет ли какой-либо из саженцев. Очень немногие из опытных растений выдержали обработку гербицидами. Тщательное тестирование показало, что те редкие растения, которые выжили, были потомками семян сорных видов амаранта, которые уже несли гены устойчивости.
Эксперименты подтвердили, что подход ученых хорошо работает для скрининга огромного количества семян. Также было установлено, что команде придется протестировать более 70 миллионов семян, чтобы определить базовую скорость мутаций в A. hypochondriacus и выяснить, увеличивает ли эта скорость обработка гербицидами низкого уровня, сказал Транел..
Знание этого важно для разработки моделей, которые могут точно предсказать, как растения будут вести себя в поле, сказал он.
«Устойчивость к гербицидам - это эволюционный процесс, а эволюционные процессы математические», - сказал Транел.«Если вы знаете более точно, как растения будут вести себя в различных условиях окружающей среды, вы можете разработать уравнения, которые предсказывают, как быстро будет развиваться устойчивость».
Если, как показывает исследование, уровень мутаций намного ниже, чем ожидалось, это не означает, что устойчивость к гербицидам не возникнет, сказал он. «Возможно, сопротивление происходит немного медленнее, чем считалось ранее», - сказал он. «Но это все равно произойдет».