Как и устойчивые к антибиотикам бактерии, некоторые устойчивые к гербицидам сорняки не могут быть уничтожены доступными химическими веществами. Проблема касается не только заблудших сорняков на наших подъездных дорожках; устойчивые к гербицидам сорняки угрожают нашим запасам продовольствия, крадут ресурсы и вытесняют культуры, которые составляют наши хлопья для завтрака и кормят скот страны.
Сорняк, представляющий наибольшую угрозу для выращивания кукурузы и сои на Среднем Западе, водяная конопля, сегодня перехитрила почти все виды гербицидов на рынке.
Ученые Университета Иллинойса работают над тем, чтобы раскрыть хитрости водяной конопли. За годы исследований они обнаружили, что сорняки могут увеличивать выработку детоксифицирующих ферментов, которые нейтрализуют определенные гербициды, прежде чем они смогут нарушить основные клеточные процессы. Метаболическая устойчивость, как известна эта стратегия, является лишь одним из процессов, благодаря которому водяная конопля уклоняется от гербицидов. К сожалению, из-за того, что могут быть вовлечены сотни детоксицирующих ферментов, метаболическую резистентность трудно идентифицировать и еще труднее бороться с ней.
В двух недавних исследованиях исследователи из Иллинойса объясняют метаболическую устойчивость водяной конопли к трем широко используемым гербицидам, приближаясь к обнаружению важных генетических сигналов. Результаты также подтверждают важность использования комплексного подхода к борьбе с водяной коноплей.
"Эти популяции водяной конопли адаптируются и развивают невероятные способности метаболизировать все. Это плохие новости, но, по крайней мере, мы лучше понимаем механизмы. И, в конечном счете, это понимание потенциально может быть использовано для использования метаболического арсенала водяной конопли против самих себя", - говорит Дин Ричерс, профессор кафедры растениеводства в Иллинойсе и соавтор обоих исследований.«Это один из интересных способов непосредственного применения нашего исследования для борьбы с этим сорняком».
В прошлом году исследователи из Иллинойса зафиксировали устойчивость водяной конопли к гербицидам группы 15. Эта группа гербицидов, включая S-метолахлор, нацелена на выработку жирных кислот с очень длинной цепью в чувствительных растениях. Исследователи подозревали, что это также был случай метаболической резистентности, и команда из Иллинойса, возглавляемая аспирантом Сетом Стромом, подтвердила это в исследовании, опубликованном в журнале Pest Management Science.
«Мы были первой группой в мире, которая продемонстрировала устойчивость к гербицидам группы 15 у водяной конопли, и теперь мы определили механизм, стоящий за этим», - говорит Рихерс. «Опять же, это плохие новости, потому что это означает, что у нас заканчиваются гербициды, а в данном случае речь идет о довсходовых гербицидах».
Исследование предполагает, что два класса детоксифицирующих ферментов, известных как GST и P450, нейтрализуют S-метолахлор в резистентной водяной конопле.
Гербициды группы 15 можно безопасно использовать на кукурузе, потому что культура использует GST для естественной детоксикации химических веществ; другими словами, кукуруза обладает естественной устойчивостью к этим химическим веществам. Исследования Строма показывают, что водяная конопля не только способна имитировать естественный механизм детоксикации кукурузы, но и является дополнительным способом избежать вреда от S-метолахлора.
Однако изучение двух классов детоксицирующих ферментов - это еще не конец истории. Поскольку у растений есть сотни ферментов в каждом классе, исследователям предстоит еще много работы, чтобы определить конкретные гены, которые активируются.
В отдельном исследовании Ричерс и другая группа ученых из Иллинойса раскрыли больше секретов метаболизма водяной конопли.
За последние 10 лет мы знали, что всякий раз, когда мы видим водяную коноплю с устойчивостью к ингибитору HPPD, такому как мезотрион, она также всегда демонстрирует метаболическую устойчивость к атразину. быть устойчивым к атразину, а не к мезотриону», - говорит Рихерс.
Очевидная связь между мезотрионом и метаболической резистентностью к атразину может быть случайной, но, учитывая, как часто резистентность встречается одновременно, Ричерс предположил, что гены, контролирующие резистентность к этим двум химическим веществам, могут быть общими или связанными..
В исследовании, опубликованном в Weed Science, аспирант Кип Джейкобс продемонстрировал перекрытие генов, ответственных за метаболическую резистентность к атразину и мезотриону. Поскольку исследователям уже был известен единственный ген метаболической устойчивости к атразину, результаты приближают их к пониманию генов, отвечающих за устойчивость к мезотриону.
«Всякий раз, когда мы выясняем, два, три или четыре гена вовлечены в устойчивость к мезотриону, наши результаты говорят нам, что один из них должен быть геном метаболической устойчивости к атразину», - говорит Рихерс. «Мы знаем, кто это».
К сожалению, даже если исследователи смогут проследить каждый признак устойчивости до генетического уровня, это не обеспечит легкого решения проблемы. Эксперты говорят, что на рынке нет новых мест действия гербицидов, поэтому фермерам необходимо будет рассмотреть альтернативные методы борьбы с сорняками.
С метаболической устойчивостью наша предсказуемость практически равна нулю. Мы понятия не имеем, к чему устойчивы эти популяции, пока не получим их в контролируемых условиях. Это просто еще один пример того, как нам нужна более интегрированная система, а не полагаться на нее. только химия. Мы по-прежнему можем использовать химию, но должны делать что-то дополнительно», - говорит Аарон Хагер, доцент кафедры растениеводства в Иллинойсе и соавтор научного исследования по борьбе с вредителями. «Мы должны переосмыслить то, как мы будем управлять водяной коноплей в долгосрочной перспективе».