Трансгенная кукуруза может потерять устойчивость к насекомым

Авторы статьи, опубликованной в Science, выяснили, что фермеры некоторых штатов США выбирают генномодифицированные сорта, которые экспрессируют белковые токсины, убивающие насекомых-вредителей, хотя ущерб от вредителей в этих штатах незначителен. «Если текущие и будущие связанные [с трансгенными культурами] инновации будут управляться так же, как гибриды Bt-кукурузы, мы рискуем войти в цикл быстрого устаревания трансгенных технологий», — отмечают они.

Генетически модифицированные культуры, особенно те, которые экспрессируют инсектицидные белки бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), значительно увеличили мировое производство продовольствия при минимальном воздействии на окружающую среду. При споруляции B. thuringiensis образует кристаллы белковых инсектицидов — дельта-эндотоксинов. В их число входят белки Cry, активные против чешуекрылых, двукрылых, жесткокрылых и перепончатокрылых, а также против нематод. В кишечнике насекомого кристаллы растворяются, а воздействие протеаз высвобождает токсин, который проникает в мембрану клеток кишечника насекомого, парализуя пищеварительный тракт. Насекомое перестает есть и умирает от голода.

Применительно к кукурузе речь идет прежде всего о личинках жуков рода Diabrotica, которые повреждают корни. Bt-сорта, устойчивые к ним, получили широкое распространение, однако вредители вырабатывают устойчивость к токсинам, и чрезмерное выращивание устойчивых сортов этому способствуют. Авторы рассматривают данную проблему как пример «трагедии общинного ресурса»: действия индивидов, основанные на личных интересах, приводят к уничтожению ресурса.

Исследователи проанализировали данные полевых испытаний устойчивости жуков к Bt за 12 лет и данные о том, какие сорта и в каких количествах выбирают для посева фермеры в десяти штатах Кукурузного Пояса. Выполняя экономические оценки, они учитывали стоимость семенного материала, ущерб урожаю от вредителей и ущерб от возникновения устойчивости (включая распространение устойчивых насекомых на соседские поля). Рассматривались Bt-сорта, имеющие гены белков Cry3Bb1, Cry34Ab1, Cry35Ab1, mCry3A, а также внедренные позднее их комбинации.

Более сильным было давление вредителей в западных штатах Кукурузного Пояса — Иллинойсе, Айове, Миннесоте, Небраске, Северной Дакоте, Южной Дакоте и Висконсине, где кукурузу обычно сажают непрерывно. В восточных штатах Кукурузного Пояса — Индиане, Мичигане и Огайо — фермеры практикуют севооборот, и вред от жуков меньше. Однако трансгенные сорта использовались одинаково активно во всех штатах.

Энтомолог из Университета Пердью Кристиан Крупке, руководитель исследования, рассказал, что его идея возникла из наблюдений энтомологов, оценивающих воздействие вредителей в разных штатах. «Мы по-прежнему боролись с вредителями, используя гибриды Bt, как будто корневой червь был основным фактором потери урожая в таких штатах, как Индиана. Это было не так, и уже некоторое время так не было». С 2014 по 2016 год потери урожая из-за жука составили 47,5 бушелей на акр в западных штатах и 8,5 бушелей на акр в восточных штатах. 

Bt-культуры начали широко внедряться в 2004 году, и вред, причиняемый личинками жуков, снизился за исключением 2012 года, что, возможно, было связано с сильной засухой. Интересно, что меньше повреждались и сорта, не экспрессирующие Bt. Однако увеличение посадок трансгенной кукурузы сопровождалось снижением инсектицидной эффективности. Уже к 2009 году начала появляться резистентность.

Итог для трех восточных штатов — минимальное преимущество в подавлении вредителей, более высокие затраты на трансгенные семена и значительное истощение «пула восприимчивости». Вероятные экономические потери для производителей в этих штатах авторы оценили в 1,6 млрд долларов. С другой стороны, фермеры могли бы получить дополнительную прибыль в размере 1,98 млрд долларов США, просто снизив норму посадки Bt-сортов с 50 до 18%.

Результаты исследования говорят о системных проблемах в использовании Bt-культур, отмечают авторы. Фермеры выбирают их не только из-за неправильного восприятия общих затрат и выгод и недостаточной информированности. На выбор влияет элитная генетика гибридных семян. Экспрессия токсинов идет с ними «в пакете», даже если она не нужна. Положение еще больше осложняется давлением со стороны компаний-производителей семян, ориентированных на прибыль.

Bt-сорта должны использоваться так же осмотрительно, как антибиотики, и по той же причине. «Если вы думаете о гибриде Bt как о конечном ресурсе, как о дебетовой карте, то каждый раз, когда вы его используете, вы немного снижаете восприимчивость, — комментирует Кристиан Крупке. — Поэтому немного меньше вероятность, что он сработает так же хорошо в следующий раз». Необходимо сбалансировать краткосрочные выгоды для фермеров с долгосрочными перспективами, чтобы Bt-культуры оставались полезными инструментами для борьбы с вредителями. Возможно, стоит предоставить фермерам больше «опций» при выборе сортов, чтобы не всякий урожайный сортобязательно продуцировал Bt.

Первый автор исследования Цзывэй Е из Университета Жэньминь (Китае) подчеркивает, что не нужно возвращаться к таким опасным инсектицидам, как органофосфаты и пиретроиды: биологические подходы имеют неоценимые преимущества.

В конце статьи авторы напоминают, что это проблема выходит за рамки регулирования Bt-культур и касается различных подходов, в том числе тех, которые только разрабатываются. Например, предложена технология РНК-интерференции (DvSnf7) против жуков Diabrotica. Если этот признак будет доступен только в комбинации с экспрессией Bt-токсина, нежелательные тенденции развития устойчивости продолжатся.

Ученые выяснили, как увеличить долю белка в кукурузе