Устойчивость сорняков к гербицидам возникает несколькими способами. В случае образования резистентности целевого участка крошечная мутация в генетическом коде растения означает, что химическое вещество больше не вписывается в состав белка, для атаки которого оно предназначено. При устойчивости к нецелевым участкам растение приводит в действие целый ряд ферментов, которые детоксифицируют химическое вещество, прежде чем оно сможет причинить вред.

Ученые легко справляются с резистентностью целевого участка. Они знают, что такое целевой белок. А это значит, что они могут прямо посмотреть на генетический код, чтобы выяснить, какая мутация за это ответственна. Но в отношении устойчивости нецелевых участков весь процесс представляется игрой в догадки. Иногда исследователи могут определить класс ферментов, который выводит токсины из химического вещества, но они почти ничего не знают о том, какие гены кодируют эти ферменты. Другими словами, резистентность нецелевого участка — это черный ящик.

Исследование, проведенное специалистами из Университета Иллинойса, является первым в своем роде, приоткрывшим завесу таинственности и выявив участки генов, которые ответственны за устойчивость к гербицидам нецелевого участка у щирицы бугорчатой.

«Мы применили подход к генетическому картированию с эталонным геномом щирицы бугорчатой — вида сорняков, который может вызывать потери урожая кукурузы до 70% и устойчив к семи способам действия гербицидов. Мы смогли сузить его до двух участков генома, или около 60 генов», — заявил профессор и младший руководитель Департамента науки о растениеводстве из Университета Иллинойса и соавтор исследования, Пэт Транель.

Возможность точно определить гены устойчивости к нецелевым участкам может дать инструменты для более раннего обнаружения и борьбы с помощью гербицидов.

«В конечном итоге мы хотим разработать тест, который фермеры могут использовать, чтобы определить, резистентна ли щирица бугорчатая на их поле к конкретному химическому веществу, либо, чтобы подтвердить, почему предыдущее применение не сработало. Либо перед тем, как будет распыляться препарат, чтобы убедиться, не потратятся ли деньги впустую. Такие геномные анализы существуют для устойчивости целевых участков, потому что мы знаем область генома, где находятся эти мутации, но в отношении резистентности нецелевых участков мы до сих пор не знали, где искать. Теперь нам известно, что ответственные за это гены находятся где-то в данных двух небольших участках генома. Итак, мы подошли к промежуточному этапу в разработке теста, который производители могут использовать, чтобы определить, следует ли им применять конкретный химический состав», — отметил доктор наук и ведущий автор исследования Брент Мерфи.

Исследователи специально искали гены, которые позволяют щирице бугорчатой избегать гербицидов, ингибирующих HPPD, таких, как темботрион — химическое вещество, обычно применяемое в семенной кукурузе и других производственных системах.

Для того чтобы обнаружить ответственные области генома, они скрестили растения щирицы бугорчатой, и они продемонстрировали устойчивость или чувствительность к ингибиторам HPPD. Затем ученые подвергли потомков родительских растений гербицидам, ингибирующим HPPD, чтобы посмотреть, что с ними будет происходить. Поскольку уже доступен полный геном щирицы бугорчатой, научные сотрудники смогли найти общие черты среди растений, которые выжили после применения ингибитора HPPD.

«В основном задается вопрос относительно устойчивых растений: какая у них общая часть генома? Это подводит к тому, какая часть генома контролирует интересующий нас признак. Используя подход, известный как генетическое картирование, мы идентифицировали два участка генома, которые, по-видимому, связаны с устойчивостью», — сообщил господин Транель.

Брент Мерфи смог определить, у каких растений присутствует один из двух участков, а в каких — оба. Это позволило ему классифицировать участки генов.

«Часто мы знаем, что определенная черта контролируется двумя генами. Но означает ли это, что оба гена одинаково важны, или один ген отвечает на 90%, а другой — на 10%? Это часть того, что мы изучаем в генетической архитектуре признаков: количество генов, их местонахождение и относительная важность различных генов. Здесь мы увидели приятный ступенчатый эффект. При наличии одного из участков проявляется некоторая резистентность. При наличии — другого, также в какой-то степени возникала устойчивость. Если присутствуют оба этих участка резистентность проявляется довольно сильно», — отметил Пэт Транель.

Поскольку исследователям до сих пор не известно, какой из 60-ти генов играет главную роль в образовании устойчивости к ингибиторам HPPD, они планируют дальнейшие исследования, чтобы еще больше сузить поиск. Научные сотрудники знают, что ни один из генов не кодирует ферменты p450. Во многих исследованиях данные ферменты были задействованы в качестве ключевых факторов устойчивости к нецелевым участкам.

«Хотя фермент p450 все еще может быть задействован, наше картирование показывает, что изменение, вызывающее устойчивость, находится в гене, регулирующем p450, а не в самом гене p450», — объяснил профессор и младший руководитель Департамента науки о растениеводстве из Университета Иллинойса.

Ингибиторы HPPD обычно применяются на семенах и других системах выращивания кукурузы, но, что интересно, они не использовались на поле, где ученые собирали щирицу бугорчатую для исследования.

Господин Транель убежден, что устойчивость нецелевых участков к гербицидам одного класса может вызвать перекрестную устойчивость к другим классам. Популяция в исследовании была устойчивой к 2,4-D — гербициду из другого класса, который мог вызвать устойчивость к ингибиторам HPPD.

«При резистентности целевых участков мы можем посоветовать фермерам применять гербициды с различными механизмами действия. Но при устойчивости нецелевых участков различные гербициды могут метаболизироваться, например, разными p450, которые регулируются одинаково. Вот почему нам необходимо в этом разобраться, чтобы разработать более эффективные и информированные стратегии по снижению резистентности нецелевых участков», — сказал Пэт Транель.

По мнению профессора и младшего руководителя Департамента науки о растениеводстве из Университета Иллинойса, по мере того, как станет доступно больше геномов сорняков, генетическое картирование станет опорой для исследования устойчивости нецелевых участков.

«Наконец, мы получаем инструменты, необходимые для того, чтобы действительно разобраться в проблеме метаболической устойчивости к гербицидам, которая представляет собой величайшую угрозу для современной борьбы с сорняками», — заявил господин Тарнель.

 

*по информации из открытых источников

 

 

Читайте также:

Китайские ученые создали крахмал из воздуха

Светлая пятнистость листьев стала более устойчивой к фунгицидам

В Испании вывели новую разновидность гороха, устойчивую к мучнистой росе

В Китае вывели резистентные к засухе и засоленным почвам разновидности бобов

Американские ученые подтвердили случай резистентности щирицы Палмера к гербицидам 2,4-D