Tyrimas: Bandymai užkirsti kelią kenkėjų prisitaikymui prie Bt augalų gali žlugti

helicoverpa_zea, viksrasKenkėjų atsparumas Bt toksinui genetiškai modifikuotuose vieną požymį turinčiuose (angl. single-trait) Bt augaluose paskatino GM pramonę sujungti kelių tipų Bt toksinus viename augale, taip siekiant sunaikinti atsparumą vienam toksinui įgijusius kenkėjus. Tačiau nauji eksperimentai rodo, kad prielaidos, kuriomis grindžiamas šis modelis, yra klaidingos, ir todėl modelis gali patirti nesėkmę.

Naujas Arizonos universiteto entomologų tyrimas, paskelbtas Nacionalinės mokslų akademijos darbuose (Proceedings of the National Academy of Sciences) rodo, kad strategija, plačiai naudota siekiant užkirsti kelią greitam kenkėjų prisitaikymui prie pasėlius saugančių toksinų, gali kai kuriais atvejais neveikti, jei nebus imtąsi efektyvesnių prevencinių veiksmų.

Kukurūzai ir medvilnė buvo genetiškai modifikuoti, kad gamintų kenkėjus naikinančius baltymus, įvedus geną iš bakterijos Bacillus thuringiensis, arba sutrumpintai Bt.

Nors Bt augalai padėjo sumažinti insekticidų purškimų skaičių, padidino derlių ir ūkininkų pelną, jų nauda bus trumpalaikė, jei kenkėjai greitai prisitaikys, – teigė Bruce‘as Tabashnikas, tyrimo bendraautorius ir Arizonos universiteto Entomologijos departamento vadovas. „Mūsų tikslas yra suprasti, kaip vabzdžiai įgyja atsparumą, kad galėtume sukurti ir įgyvendinti darnesnę, draugiškesnę aplinkai kenkėjų kontrolę“, – sakė jis.

helicoverpa_zea, viksras

Svarbus žemės ūkio kenkėjas, drugys Helicoverpa Zea ir jo vikšras turi ne vieną pavadinimą, priklausomai nuo augalų, kuriais minta: čia matome kukurūzinį saulinuką (angl. “corn earworm”). José Roberto Peruca nuotr.

Bt augalai pradėti plačiai auginti 1996 m., ir keletas kenkėjų jau tapo atsparūs vieną Bt toksiną gaminantiems augalams. Siekiant sutrukdyti tolesniam kenkėjų atsparumo Bt augalams vystymuisi, ūkininkai neseniai pradėjo naudoti „piramidės“ strategiją: kiekvienas augalas gamina du ar daugiau toksinų, kurie žudo tuos pačius kenkėjus. Kaip rašoma tyrime, ši piramidės strategija buvo priimta plačiu mastu ir JAV du toksinus gaminanti Bt medvilnė visiškai pakeitė vieną toksiną gaminančią Bt medvilnę nuo 2011 m.

Zea caterpillar on cotton, viksras

Tas pats kenkėjas vadinamas „cotton bollworm“, kai puola medvilnės augalus. Thierry Brévault nuotr.

Dauguma mokslininkų sutaria, kad du toksinus gaminantys augalai bus veiksmingi ilgesnį laiką nei vieną toksiną išskiriantys augalai. Tačiau piramidės strategijos pranašumo laipsnis remiasi prielaidomis, kurios ne visada teisingos, praneša tyrimas. Naudojant laboratorinius eksperimentus, kompiuterinį modeliavimą ir paskelbtų eksperimentinių duomenų analizę, gauti rezultatai padeda paaiškinti, kodėl vienas pagrindinių kenkėjų pradėjo įgyti atsparumą greičiau nei tikėtasi.

„Piramidės strategija buvo smarkiai giriama daugiausia remiantis imitaciniais modeliais“, – sakė Yves Carriere‘as, Arizonos universiteto Žemės ūkio ir gamtos mokslų koledžo entomologijos profesorius, vadovavęs tyrimui. „Mes patikrinome šių modelių prielaidas laboratoriniuose eksperimentuose su pagrindiniu kukurūzų ir medvilnės kenkėju. Rezultatai suteikė empirinius duomenis, kurie gali padėti patobulinti modelius ir padaryti augalus veiksmingesnius ilgesnį laiką.“

Viena iš svarbių piramidės strategijos prielaidų yra ta, kad šie genetiškai modifikuoti augalai dubliuojančiai žudo (angl. provide redundant killing). „Dubliuojamąjį žudymą galima pasiekti naudojant augalus, gaminančius du toksinus, kurie veikia skirtingais būdais, kad nužudytų tą patį kenkėją“, – sakė Y. Carriere‘as, „taigi jei vienas kenkėjas yra atsparus vienam toksinui, kitas toksinas jį nužudys.“

Y. Carriere‘o komanda nustatė, kad realiame pasaulyje viskas yra šiek tiek sudėtingiau. Thierry‘is Brevaultas, vizituojantis mokslininkas iš Prancūzijos, vadovavo laboratoriniams eksperimentams Arizonos universitete. Jo siunčiančioji institucija, Žemės ūkio tyrimų plėtrai centras (angl. Center for Agricultural Research for Development arba CIRAD) labai domisi veiksniais, kurie galėtų paveikti kenkėjų atsparumą Bt augalams Afrikoje.

„Mes, aišku, negalime išleisti atsparių vabzdžių į lauką, todėl veisėme juos laboratorijoje ir norėdami atlikti maitinimo bandymus, atnešėme augalus“, sakė Y. Carriere‘as. Savo eksperimentams grupė pasirinko saulinukus (angl. cotton bollworm, taip pat žinomus kaip corn earworm arba Helicoverpa zea) – drugių rūšį, kuri yra pagrindinis žemės ūkio kenkėjas, ir pasirinko juos dėl atsparumo vienam iš Bt toksinų, Cry1Ac.

Kaip tikėtasi, atsparūs vikšrai išgyveno pasimaitinę medvilnės augalais, gaminančiais tik tą vieną toksiną. Staigmena buvo tada, kai Y. Carriere‘o komanda padėjo vikšrus ant „piramidinės“ Bt medvilnės, be Cry1Ac turinčios ir Cry2Ab.

Jei dubliuojamojo žudymo prielaida būtų teisinga, vikšrai, atsparūs pirmajam toksinui, turėjo išgyventi ant vieną toksiną gaminančių augalų, tačiau ne ant du toksinus gaminančių augalų, nes antrasis toksinas turėjo juos nužudyti, paaiškino Y. Carriere‘as.

„Tačiau ant du toksinus gaminančių augalų vienam toksinui atsparūs vikšrai išgyveno žymiai geriau nei vikšrai iš jautraus štamo.“

Šie rezultatai rodo, kad svarbiausia dubliuojamojo žudymo prielaida netinka šiuo atveju ir taip pat gali paaiškinti pranešimus, kad kai kurios saulinukų populiacijos greitai įgijo atsparumą abiems toksinams.

Dar daugiau, mokslininkų komandos atlikta paskelbtų duomenų apie aštuonias kenkėjų rūšis analizė atskleidžia, kad tam tikro laipsnio kryžminis atsparumas (angl. cross-resistance) tarp Cry1 ir Cry2 toksinų pasireiškė 19 iš 21 eksperimentų. Prieštaraudamas dubliuojamojo žudymo idėjai, kryžminis atsparumas reiškia, kad atsparumas vienam toksinui padidina atsparumą kitam toksinui.

Anot tyrimo autorių, net žemo lygmens kryžminis atsparumas gali sumažinti dubliuojamojo žudymo poveikį ir pakenkti piramidės strategijai. Y. Carriere‘as paaiškino, kad ypač problemiška situacija yra su saulinuku ir kai kuriais kitais kenkėjais, kurie pirmiausia nėra labai jautrūs Bt toksinams.

Komanda nustatė kitų prielaidų, reikalingų optimaliai piramidės strategijos sėkmei, pažeidimus. Ypač dominavo atsparumo augalams, gaminantiems tik Bt toksiną Cry1Ac, paveldimumas. Tai, manoma, sumažins galimybę apsauginėms zonoms atidėti atsparumo vystymąsi.

Apsaugines zonas sudaro įprasti augalai, kurie negamina Bt toksinų ir tokiu būdu leidžia išlikti neatspariems kenkėjams. Idealiomis sąlygomis, atsparumo paveldėjimas nėra dominuojantis ir neatsparių kenkėjų, atsirandančių iš apsauginių zonų, yra daug daugiau negu atsparių. Jei taip, dviejų atsparių kenkėjų poravimasis, kad palikuonys irgi būtų atsparūs, yra mažai tikėtinas. Bet jei atsparumo paveldėjimas yra dominuojantis, kaip matyti su saulinukais, atsparių ir neatsparių drugių poravimasis gali sukurti atsparius palikuonis, kas pagreitina atsparumo vystymąsi populiacijoje.

Anot B. Tabashniko, pernelyg optimistinės prielaidos paskatino EPA (JAV Aplinkos apsaugos agentūra, angl. Environmental Protection Agency) žymiai sumažinti reikalavimus sodinti apsaugines zonas, auginant du toksinus gaminančius Bt augalus.

Naujausi rezultatai turėtų paskatinti apsvarstyti didesnes apsaugines zonas siekiant atidėti atsparumą, nurodė Y. Carriere‘as. „Mūsų modeliavimai rodo, kad paskyrus 10 procentų ploto apsauginėms zonoms, atsparumas vystosi gana greitai, tačiau jei skirsite 30 ar 40 procentų ploto, atsparumą galite iš esmės atidėti.“

„Pagrindinė mūsų žinia yra būti atsargesniems, ypač su tokiais kenkėjais kaip saulinukai“, – sakė Y. Carriere‘as. „Mums reikia daugiau empirinių duomenų norint patobulinti imitacinius modelius, optimizuoti strategijas ir tikrai žinoti, kiek ploto reikia apsauginėms zonoms. Tuo tarpu nemanykime, kad piramidės strategija yra visų problemų sprendimas.“

Parengta pagal:

Multi-toxin biotech crops not silver bullets, UA scientists warn

Tyrimas:

Potential shortfall of pyramided transgenic cotton for insect resistance management
Thierry Brevaulta, Shannon Heuberger, Min Zhang, Christa Ellers-Kirk, Xinzhi Ni, Luke Masson, Xianchiun Li, Bruce E. Tabashnik, and Yves Carriere
PNAS, March 25, 2013

Tyrimo santrauka:

http://www.pnas.org/content/early/2013/03/22/1216719110.abstract

Reklama

Parašykite komentarą

Įveskite savo duomenis žemiau arba prisijunkite per socialinį tinklą:

WordPress.com Logo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo WordPress.com paskyra. Atsijungti / Keisti )

Twitter picture

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Twitter paskyra. Atsijungti / Keisti )

Facebook photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Facebook paskyra. Atsijungti / Keisti )

Google+ photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Google+ paskyra. Atsijungti / Keisti )

Connecting to %s

%d bloggers like this: