Устойчивость вредителей угрожает новейшей биотехнологической защите кукурузы

Западные кукурузные жуки-диабротики вырабатывают устойчивость, которая ослабляет даже новейшие биотехнологические методы контроля. Автор: Scott Bauer/USDA Agricultural Research Service

Кукурузные жуки-диабротики, вредители, наносящие ущерб урожаю на миллиарды долларов ежегодно, вырабатывают устойчивость, которая ослабляет даже новейшие биотехнологические методы контроля, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Энтомологи из Университета Аризоны, опираясь на данные за несколько десятилетий из разных штатов, обнаружили, что устойчивость к бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), выработанная в полевых условиях, подрывает эффективность кукурузы, которая борется с вредителями с помощью комбинации Bt и РНК-интерференции (RNAi) — новой биотехнологии, использующей генетические инструкции самих жуков против них.

Исследовательская группа проанализировала обширные полевые данные, собранные за последние два десятилетия в 12 предыдущих исследованиях, включая оценку миллионов жуков в основном кукурузном поясе США, который простирается от западного Огайо до восточной Небраски и северо-восточного Канзаса.

«Результаты последовательно показывают, что на полях, где развилась устойчивость к Bt, комбинация Bt и РНК-интерференции обеспечивает меньшую защиту от повреждений, причиняемых жуками-диабротиками», — заявил Брюс Табашник, ведущий автор исследования и глава департамента энтомологии Университета Аризоны.

Он добавил, что это не лабораторные данные, а реальные полевые данные, собранные в ходе университетских и отраслевых исследований в нескольких штатах.

Жуки на миллиард долларов

По словам Табашника, кукурузных жуков-диабротиков не зря называют «жуками на миллиард долларов». «Это действительно коварные, скрытные вредители», — отметил он. За последние два года эти жуки ежегодно причиняли ущерб урожаю кукурузы в США на сумму около 2 миллиардов долларов (~160 млрд рублей), и еще около миллиарда долларов (~80 млрд рублей) ежегодно инвестируется в борьбу с ними.

Скрываясь под землей, личинки этих жуков подтачивают основу самой ценной сельскохозяйственной культуры Америки. В гонке вооружений с этими вредителями генетически модифицированные культуры стали важным инструментом, повышая урожайность и сокращая зависимость фермеров от широкоспектральных инсектицидов, которые могут быть вредны для людей и окружающей среды.

Кукуруза Bt была создана для производства белков из почвенной бактерии, которые убивают вредителей, но не токсичны для людей или дикой природы. Кукуруза Bt, нацеленная на жуков-диабротиков, была впервые представлена в 2003 году и была высокоэффективной, но через несколько лет начала появляться устойчивость, выработанная в полевых условиях.

Слишком много хорошего

Устойчивость к Bt возникает в результате дарвиновского естественного отбора. Поскольку кукуруза Bt была так хороша в борьбе с жуками, многие фермеры начали сажать ее год за годом. Это привело к тому, что выживали и размножались особи, обладающие естественной генетической устойчивостью.

Семенные компании ответили «пирамидальной» стратегией, комбинируя два разных белка Bt для уничтожения одного и того же вредителя. Это помогло, но вскоре жуки выработали устойчивость к обоим типам белков Bt.

Новая линия обороны появилась в 2022 году с коммерциализацией РНК-интерференции. Эта технология «заглушает» определенные гены вредителя, отключая функции, необходимые насекомому для выживания. В отличие от инсектицидов широкого спектра, РНК-интерференция нацелена на ген, специфичный для вредителя, но отсутствующий у людей, животных или полезных насекомых.

«Она никогда не предназначалась для самостоятельного использования. Её задумывали как комбинацию "один-два" вместе с Bt», — пояснил Табашник. — «Но к моменту коммерциализации РНК-интерференции эффективность комбинации Bt и RNAi уже была подорвана из-за ранее существовавшей устойчивости к Bt».

Потеря биотехнологического преимущества

Результаты вызывают обеспокоенность, поскольку подчеркивают риск того, что даже эта новейшая технология может потерять свою эффективность против кукурузного вредителя. Исследователи рекомендуют использовать комплексные стратегии борьбы с вредителями, включая старые практики, такие как севооборот, а также посадку обычной кукурузы в качестве «убежищ» рядом с трансгенными культурами, чтобы позволить выживать восприимчивым к пестицидам вредителям и замедлять развитие устойчивости.

«Фермеры полагались на эту новую технологию в ожидании, что она прослужит много лет. Наше исследование показывает, что срок службы этого инструмента может быть гораздо короче, если управление устойчивостью не будет восприниматься серьезно», — предупредил Табашник. — «Это напоминание о том, что волшебной пули не существует. Эволюция не останавливается. Жуки-диабротики адаптируются, и если мы не будем диверсифицировать наши подходы, мы будем продолжать гоняться за собственным хвостом».

Больше информации: Bruce E. Tabashnik et al, Rootworm resistance to Bt associated with increased injury to corn pyramids combining Bt proteins and RNA interference, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2518683122