Российские биологи выяснили, почему ГМО не всегда убивает вредителей
Бактериальные пестициды, встроенные в ГМО-растения, быстро теряют эффективность при борьбе с вредителями благодаря необычной системе защиты насекомых от токсинов, открытой российскими и немецкими генетиками. Их выводы были опубликованы в журнале Virulence.
"В соответствии с теорией Дарвина, накопление мутаций и появление новых вариаций в генах и хромосомах является главным двигателем эволюции. Недавно мы обнаружили, что на самом деле существуют и иные, эпигенетические способы передачи информации о том, как поменялась окружающая среда. Мы проверили, влияют ли они на то, как быстро насекомые приспосабливаются к пестицидам", - пишут Иван Дубовский из Института систематики и экологии животных СО РАН в Новосибирске и его коллеги.
На сегодняшний день существует несколько тысяч сортов трансгенных растений, которые защищены от вредителей тем, что их листья, плоды и побеги вырабатывают бактериальный токсин Bt, смертельно опасный для многих насекомых. Некоторые из них, в том числе и колорадские жуки, не реагируют на это вещество.
Сегодня многие ученые опасаются, что организм вредителей быстро приспособится к Bt и начнет нейтрализовать его. Признаки этого уже существуют - еще в 2009 году ученые корпорации "Монсанто" обнаружили, что хлопковая моль, обитающая в Индии, приспособилась к наличию гена Bt в листьях трансгенного хлопка и выработала устойчивость к токсину всего за несколько поколений.
Столь быстрое приспособление насекомых к трансгенным растениям, как отмечают Дубовский и его коллеги, заставило многих ученых считать, что в этом процессе были замешаны не мутации в отдельных генах, а так называемые эпигенетические изменения в структуре ДНК.
Генетический материал человека, насекомых и всех других живых существ с обособленным клеточным ядром упакован в особые белки-гистоны, которые удерживают свернутую ДНК на месте и влияют на "считываемость" отдельных генов, делая их более или менее активными.
В последние годы генетики находят все больше намеков на того, что эта "обертка" ДНК участвует в передаче информации между поколениями и позволяет животным и растениям быстрее приспосабливаться к новым условиям среды. К примеру, некоторые растения используют свою эпигенетическую "память" для того, чтобы передать потомкам информацию об изменениях климата и повышают их стойкость к засухам и другим неблагоприятным событиям.
Руководствуясь подобными соображениями, команда Дубовского приобрела большое количество гусениц пчелиной огневки (Galleria mellonella), одного из главных "врагов" пчелиных ульев, и проследила за тем, как они реагировали на раствор с токсином Bt и на споры микробов, которые его вырабатывают.
Размножая огневок в подобных условиях на протяжении 30 поколений, ученые наблюдали за изменениями в структуре их ДНК и ее "упаковки", а затем сравнили то, какую дозу токсина могут выдержать эти гусеницы и личинки бабочек из контрольной группы, никогда не сталкивавшихся с Bt.
Как показали эти наблюдения, структура "упаковки" ДНК начала меняться фактически сразу после контакта гусениц со спорами микробов или молекулами токсинов, и эти изменения практически всегда передавались по наследству. Благодаря этому к 30 поколению огневки могли выдержать примерно в 10 раз больше пестицидов, чем их сородичи из контрольной группы.
Как можно бороться с этим? Как отмечают Дубовский и его коллеги, существуют вещества, подавляющие активность ферментов, отвечающих за модификацию "упаковки" ДНК. Опрыскивание ими растений или интеграция подобных генов в их геном затормозит процесс накопления подобных изменений в геноме вредителей и продлит жизнь трансгенным растениям.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.
