Насекомые-вредители, которые быстро адаптируются к генетически модифицированным культурам, угрожают сельскому хозяйству во всем мире. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает успех удивительной стратегии борьбы с этой проблемой: гибридизация генетически модифицированного хлопка с обычным хлопком снижает устойчивость розовой коробочной черви, ненасытного мирового вредителя.
Исследование является результатом многолетнего сотрудничества исследователей из Университета Аризоны и Китая. За 11 лет они проверили более 66 000 гусениц розового коробочного червя из китайской долины реки Янцзы, обширного региона на юго-востоке Китая, где проживают миллионы мелких фермеров.
Согласно авторам исследования, это первое изменение существенной устойчивости Bt-культуры к вредителям. «Мы видели всплески сопротивления, которые поднимались и опускались на небольшой территории», - сказал старший автор Брюс Табашник, профессор Regents в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни UA. «Но это не всплеск. Сопротивление значительно увеличилось во всем регионе, а затем упало ниже уровня обнаружения после того, как была реализована эта новая стратегия».
Хлопок, кукуруза и соя были генетически модифицированы для производства белков, убивающих вредителей, из широко распространенной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis, или Bt. Эти белки Bt считаются экологически безопасными, поскольку они не токсичны для людей и дикой природы. Они используются в опрыскиваниях производителями органических продуктов более 50 лет, а с 1996 года миллионы фермеров по всему миру выращивают модифицированные Bt-культуры на площади более 1 миллиарда акров. К сожалению, без адекватных контрмер вредители могут быстро развить устойчивость.
Основной стратегией сдерживания резистентности является предоставление убежища растениям-хозяевам вредителей, которые не производят белки Bt. Это позволяет выжить насекомым, восприимчивым к белкам Bt, и снижает вероятность того, что два устойчивых насекомых спариваются и производят устойчивое потомство. До 2010 года Агентство по охране окружающей среды США требовало убежищ на отдельных полях или больших участках внутри полей. Считается, что создание таких убежищ для не-Bt-хлопка предотвратило развитие устойчивости к Bt-хлопку у розовой коробочной совки в Аризоне на протяжении более десяти лет. Напротив, несмотря на аналогичное требование по созданию убежищ в Индии, фермеры там не соблюдали требования, и розовая коробочная червь быстро выработала устойчивость.
Изобретательная стратегия, используемая в Китае, включает в себя скрещивание Bt-хлопка с не-Bt-хлопком, затем скрещивание полученного гибридного потомства первого поколения и посев гибридных семян второго поколения. Это создает случайную смесь на полях с 75-процентными растениями хлопчатника Bt рядом с 25-процентными растениями хлопчатника, не относящимися к Bt..
«Поскольку хлопок может самоопыляться, гибриды первого поколения должны быть созданы путем утомительного и дорогостоящего ручного опыления каждого цветка», - сказал Табашник, который также является членом Института BIO5 UA. «Однако гибриды второго поколения и всех последующих поколений могут быть легко получены путем самоопыления. Таким образом, гибридная смесь и ее преимущества могут сохраняться вечно».
Табашник называет эту стратегию революционной, поскольку она не была рассчитана на борьбу с сопротивлением и возникла без мандатов государственных органов. Скорее, он возник из фермерского сообщества долины реки Янцзы. В то время как ранее основное внимание было сосредоточено на недостатках скрещивания между генетически модифицированными и обычными растениями, авторы отмечают, что новые результаты демонстрируют преимущества такой гибридизации..
«Для производителей в Китае эта практика дает краткосрочные выгоды», - добавил Табашник. «Это не краткосрочная жертва, навязанная им ради потенциальной долгосрочной выгоды. Гибридные растения, как правило, дают более высокую урожайность, чем родительские растения, а гибриды второго поколения стоят дешевле, поэтому это выбор, обусловленный рынком, для получения немедленных преимуществ., и это способствует устойчивому развитию. Наши результаты показывают 96-процентное подавление вредителей и 69-процентное сокращение количества распыляемых инсектицидов».
Хотя смеси семян кукурузы высаживают в США с 2010 года, влияние смесей семян на адаптацию вредителей ранее не проверялось в больших масштабах, пояснил он. «Наше исследование предоставляет первое доказательство того, что посев смесей Bt и не Bt семян на полях оказывает эффект задержки или, в данном случае, изменения устойчивости», - сказал Табашник.
В отличие от китайской стратегии, смеси семян кукурузы, выращенные в США, не предполагают скрещивания. Кроме того, смеси семян кукурузы содержат всего 5 процентов не-Bt кукурузы, чего может быть недостаточно для эффективной борьбы с устойчивостью.
«Это исследование дает новый способ управления резистентностью, который очень удобен для мелких фермеров и может быть широко полезен в развивающихся странах, таких как Китай и Индия», - пояснил соавтор Конгмин Ву, который руководил работой, проведенной в Китае. и является профессором Института защиты растений в Пекине.
«Самое замечательное в этой стратегии гибридных семенных смесей заключается в том, что нам не нужно беспокоиться о соблюдении нормативных требований производителями», - сказал Табашник. «Мы знаем, что это работает для миллионов фермеров в долине реки Янцзы. Будет ли это работать в других местах, еще неизвестно».