В 2016 году фермеры по всему миру засадили более 240 миллионов акров (98 миллионов гектаров) генетически модифицированной кукурузой, хлопком и соей, которые производят белки, убивающие насекомых, из бактерии Bacillus thuringiensis, или Bt. Эти белки Bt убивают некоторых прожорливых гусениц и жуков-вредителей, но безвредны для человека и считаются экологически чистыми. В то время как органические фермеры уже более полувека успешно используют белки Bt в опрыскиваниях, некоторые ученые опасаются, что широкое использование белков Bt в генно-инженерных культурах вызовет быструю эволюцию устойчивости у вредителей.
«Когда в 1996 году впервые были введены Bt-культуры, никто не знал, как быстро вредители адаптируются», - сказал Табашник, профессор Риджентс и заведующий кафедрой энтомологии UA. «Теперь у нас есть в общей сложности более 2 миллиардов акров этих культур, посаженных за последние два десятилетия, и обширные данные мониторинга, поэтому мы можем построить научное понимание того, как быстро вредители вырабатывают устойчивость и почему».
Исследователи проанализировали опубликованные данные по 36 случаям, представляющим реакцию 15 видов вредителей в 10 странах на всех континентах, кроме Антарктиды. Они обнаружили устойчивость, которая существенно снизила эффективность Bt-культур в полевых условиях в 16 случаях по состоянию на 2016 год по сравнению с тремя такими случаями к 2005 году. В этих 16 случаях вредители выработали устойчивость в среднем чуть более чем за пять лет.
«Хорошим плюсом является то, что в 17 других случаях вредители не выработали устойчивость к Bt-культурам», - сказал Табашник, добавив, что некоторые культуры продолжают оставаться эффективными даже через 20 лет. Остальные три случая классифицируются как «раннее предупреждение о сопротивлении», когда сопротивление является статистически значимым, но недостаточно серьезным, чтобы иметь практические последствия..
Фред Гулд, заслуженный профессор энтомологии в Университете штата Северная Каролина и руководитель исследования генетически модифицированных культур, проведенного Национальной академией наук в 2016 году, прокомментировал: «Эта статья дает нам убедительные доказательства того, что стратегия высоких доз для отсрочки устойчивости к Bt-культурам действительно работает. Это будет критически важная информация, поскольку все больше культур сконструировано так, чтобы производить токсины Bt».
Согласно статье, как лучшие, так и худшие исходы подтверждают предсказания эволюционных принципов.
«Как и ожидалось от теории эволюции, факторами, благоприятствующими устойчивой эффективности культур Bt, были рецессивное наследование устойчивости у вредителей и обилие убежищ», - сказал Каррьер..
Убежища состоят из стандартных растений, не относящихся к Bt, которые вредители могут поедать без воздействия токсинов Bt. Посадка убежищ рядом с культурами Bt снижает вероятность того, что два устойчивых насекомых будут спариваться друг с другом, что повышает вероятность их размножения с восприимчивым партнером. При рецессивном наследовании спаривания между устойчивым родителем и восприимчивым родителем дают потомство, которое погибает от культур Bt.
«Компьютерные модели показали, что убежища должны быть особенно хороши для задержки устойчивости, когда наследование устойчивости у вредителя является рецессивным», - пояснил Каррьер. Ценность убежищ вызывает споры, и Агентство по охране окружающей среды смягчило свои требования к созданию убежищ в США
«Возможно, наиболее убедительным доказательством того, что убежища работают, является розовый коробочный червь, который быстро развил устойчивость к Bt-хлопку в Индии, но не в США», - сказал Табашник.
На юго-западе США фермеры сотрудничали с академическими кругами, промышленностью, учеными Агентства по охране окружающей среды и Министерством сельского хозяйства США для реализации эффективной стратегии убежища. Хотя Индия также нуждалась в стратегии убежища, фермеры ее не соблюдали.
«Тот же вредитель, тот же урожай, те же белки Bt, но очень разные результаты», - сказал Табашник.
Новое исследование показало, что устойчивость вредителей к культурам Bt сейчас развивается быстрее, чем раньше, в первую очередь потому, что устойчивость к некоторым белкам Bt вызывает перекрестную устойчивость к родственным белкам Bt, продуцируемым впоследствии интродуцированными культурами.
Обнадеживающим событием является недавняя коммерциализация биотехнологических культур, производящих новый тип белка Bt, называемый вегетативным инсектицидным белком, или Vip. Все остальные белки Bt в генно-инженерных культурах относятся к другой группе, называемой кристаллическими, или Cry, белками. По словам авторов исследования, поскольку эти две группы белков Bt настолько различны, перекрестная устойчивость между ними низкая или нулевая.
Yidong Wu, заслуженный профессор Колледжа защиты растений Нанкинского сельскохозяйственного университета в Китае, сказал: «Этот обзор содержит своевременную обновленную информацию о глобальном статусе устойчивости к Bt-культурам и уникальные идеи, которые помогут улучшить устойчивость. стратегии управления для более устойчивого использования Bt-культур».
Несмотря на то, что новый отчет является наиболее полной оценкой устойчивости вредителей к культурам Bt на сегодняшний день, Табашник указал, что он представляет собой только начало использования систематического анализа данных для улучшения понимания и управления устойчивостью.
«Эти растения оказались чрезвычайно полезными, и устойчивость к ним в целом развивалась медленнее, чем ожидало большинство людей», - сказал он. «Я рассматриваю эти культуры как все более важную часть будущего сельского хозяйства. Достигнутый прогресс мотивирует собирать больше данных и учитывать их при планировании будущего использования сельскохозяйственных культур».
"Мы также начали обмениваться идеями и информацией с учеными, столкнувшимися с соответствующими проблемами, такими как устойчивость сорняков к гербицидам и устойчивость раковых клеток к лекарствам", - сказал Табашник.
Но смогут ли когда-нибудь фермеры полностью предотвратить резистентность? Табашник так не считает.
"Мы всегда ожидаем, что вредители адаптируются. Однако, если мы сможем отсрочить устойчивость с нескольких лет до нескольких десятилетий, это будет большой победой."