Генная модификация для насекомых не проблема

Создание трансгенных инсектицидных растений — тупиковый путь защиты от вредителей.

Тысячелетиями человечество ищет способ бороться с вредными насекомыми и клещами, но успеха не достигло: ко всем ядам вредители вырабатывали устойчивость. Не стали исключением и трансгенные растения, синтезирующие токсичные для насекомых белки. За 17 лет их использования в промышленных масштабах устойчивость к токсинам приобрели семь видов бабочек и один вид жуков. В нескольких случаях распространение устойчивых насекомых нанесло экономический ущерб.

Проанализировав данные, накопленные за эти годы учеными разных стран, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова, кандидат биологических наук Александр Викторов пришел к заключению, что создание трансгенных инсектицидных растений бесперспективно. Свои выводы он опубликовал в недавнем выпуске журнала «Физиология растений», информирует Н. Резник (www.strf.ru).

Генетически модифицированные инсектицидные растения содержат гены бактерии Bacillus thuringiensis, поэтому называются также Bt-растениями, а белковые токсины, которые они синтезируют — Bt-токсинами. Эти токсины вызывают лизис кишечника у личинок насекомых разных отрядов, поэтому теоретически личинка, поедающая трансгенные растения, обречена. Но на практике получается иначе.

Невозможно, оказывается, сконструировать трансгенное растение, во всех тканях которого концентрация токсина постоянно высока. Например, у трансгенной кукурузы пик синтеза токсина в листьях приходится на 25-й день вегетации, на 84-й день его концентрация снижается на порядок, а в фазе созревания зерна ничтожно мала.

В Индии фермеры предпочитают позднеспелые сорта трансгенного хлопчатника как более урожайные и качественные, однако именно у таких сортов содержание токсинов со временем снижается настолько, что приходится применять инсектициды. Меж тем генетика устойчивости к Bt-токсинам часто такова, что при малой их концентрации вредители быстрее приобретают резистентность. Если они заселяют трансгенные растения в поздние фазы развития, так и происходит.

Не только возраст растения приводит к уменьшению синтеза Bt-токсинов. У трансгенного хлопчатника Bollgard его вызывают дефицит азота, повышенная концентрация углекислого газа, температура выше 37 градусов Цельсия, дефицит или избыток воды. В некоторых случаях трансгенные растения вообще не контролируют численность вредителей.

Второе непредвиденное осложнение заключается в том, что устойчивость к токсину не затрудняет жизнь насекомых в обычных условиях. Устойчивость — это все-таки мутация, а мутанты обычно что-то выгадывают, а что-то теряют. Их жизнеспособность в отсутствие токсина должна быть ниже, чем у чувствительных особей, эта разница называется ценой приспособленности. Но, вопреки теории, многие мутации устойчивости не имеют цены приспособленности и прекрасно себя чувствуют на любом поле, а частота таких мутаций оказывается высока и стабильна даже без действия отбора.

Генетики ответили на этот вызов, создав трансгенные растения второго поколения, которые синтезируют не один токсин, а два, с разными механизмами действия. Вероятность того, что насекомые выработают устойчивость одновременно к двум белкам, теоретически мала. И сначала все было хорошо: смертность личинок хлопковой совки на трансгенном хлопчатнике второго поколения Bollgard II была в 200 раз выше, чем на Bollgard. Но эти растения оказались не свободны от недостатков своих предшественников: концентрация одного из токсинов со временем снижалась, и тогда вредителям приходилось бороться лишь с одним белком. Гусеницы выработали к нему устойчивость, значительная их часть благополучно окукливалась, и из куколок выходили жизнеспособные бабочки.

Затем оказалось, что несколько линий хлопковой совки Helicoverpa armigera, устойчивой к одному из токсинов, устойчивы и ко второму. За их резистентность к обоим белкам ответственна одна мутация, причем она существовала, оказывается, еще до внедрения генетически модифицированных растений в производство. Перекрестной устойчивостью обладает и один из опаснейших вредителей кукурузы — западный кукурузный корневой жук (диабротика) — Diabrotica virgifera virgifera. Насекомые вырабатывают устойчивость к Bt-токсину за 3—7 лет, что сопоставимо со скоростью развития устойчивости к химическим инсектицидам. Все эти обстоятельства поставили под сомнение дальнейшее распространение Bt-культур.

«Помимо того, что невозможно создать трансгенное растение с постоянно летальным для вредителя уровнем токсинов, у насекомых возникают, вопреки теоретическим предположениям, доминантные мутации устойчивости и рецессивные, не имеющие цены приспособленности, а также перекрестная устойчивость между токсинами разных семейств. Моя работа показывает, что создание трансгенных инсектицидных растений — тупиковый путь защиты растений от вредителей», — говорит Александр Викторов.

Инфоиндустрия по материалам www.strf.ru

Читайте нас у Telegram