Poljoprivrednici se oslanjaju na pesticide za kontrolu poljoprivrednih štetočina. Ali insekti često razvijaju otpornost na toksine u pesticidima. Istraživači sa Univerziteta Merilend razvili su i uspešno testirali strategiju za korišćenje genomike za praćenje i identifikaciju otpornosti na specifične toksine u ranoj fazi, mnogo pre nego što to postane široko rasprostranjen problem. Rad će omogućiti poljoprivrednicima da ublaže otpor i produže efikasnost alata za suzbijanje štetočina.
Istraživanje je objavljeno 18. marta 2024. godine u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka.
„Globalna sigurnost hrane i zaštita javnog zdravlja oslanjaju se na dostupnost efikasnih strategija za upravljanje štetočinama, ali kako trenutno stoji, evolucija otpornosti na mnoge štetočine od značaja za poljoprivredu i javno zdravlje nadmašuje stopu kojom možemo otkriti nove tehnologije da upravljam njima“, rekla je Megan Fric, vanredni profesor entomologije na UMD-u i viši autor studije. „Zaista sam uzbuđen zbog ove studije, jer razvijamo okvir za korišćenje genomskih pristupa za praćenje i upravljanje otpornošću u bilo kom sistemu.
Dugi niz godina farmeri sade kukuruz koji je uzgajan tako da sadrži prirodne hemikalije koje su bezopasne za ljude, ali toksične za mnoge štetočine, uključujući proždrljivu gusenicu koja oštećuje useve, poznatu kao kukuruzni ušna glista. Ali kukuruzna ušna glista je razvila široko rasprostranjenu otpornost na neke od ovih toksina, i nejasno je kako farmeri mogu produžiti efikasnost preostalih toksina, uglavnom zato što je teško pratiti i identifikovati otpornost u nastajanju pre nego što bude prekasno.
U prethodnom radu iz 2021. godine, Fric i njen tim pokazali su da se genomski alati mogu koristiti za otkrivanje znakova da se rezistencija razvija u kukuruznim ušnim crvima četiri godine pre nego što je insekt bio u stanju da izazove široko rasprostranjen neuspeh u upravljanim usevima.
Ali pristupi koje je tim koristio bili su pogodniji za istraživanje nego za široku upotrebu u poljoprivredi, jer su im bila potrebna dva odvojena eksperimenta da bi se razlikovale genomske promene povezane sa otpornošću na toksine od onih koje su povezane sa drugim faktorima kao što su promene životne sredine.
Za ovu studiju, istraživači su modifikovali svoju strategiju i identifikovali specifične genomske promene odgovorne za otpornost na više vrsta toksina koji se nazivaju Bt toksini. Kukuruzna ušna glista je u velikoj meri razvila otpornost na dva od tri Bt toksina, Cri1Ab i Cri1F. Treći toksin, poznat kao Vip3A, jedini je Bt toksin koji ostaje efikasan protiv kukuruzne ušne gliste.
Da bi testirali svoju novu strategiju, istraživači su prvo sekvencirali genome kukuruzne ušne gliste sakupljene iz kukuruza koji su eksprimirali samo pojedinačne Cri toksine i uporedili ih sa onima prikupljenim iz kukuruza koji ne izražava toksine.
Otkrili su da se genomski potpisi otpornosti na toksine mogu otkriti nakon samo jedne generacije izloženosti. Tim je takođe identifikovao specifične gene sa mutacijama koje bi mogle da objasne otpornost na toksine. Ovi geni kodiraju digestivne enzime koji seku Cri toksine na manje komade, možda ih sprečavajući da ubiju gusenice.
Fric i njen tim su zatim koristili isti pristup sekvenciranju genoma da identifikuju promene u kukuruznoj ušnoj glisti prikupljenoj iz kukuruza koji eksprimira Vip3A toksin. Ne samo da su identifikovali rane znake upozorenja na pojavu otpornosti na Vip3A, već su takođe opisali kako uobičajene strategije za prevenciju rezistencije zapravo mogu olakšati otpornost na Vip3A.
Kukuruz koji ne izražava Bt često se sadi u blizini Bt kukuruza, tako da kukuruzna ušna glista ima utočište od Bt toksina. Verovalo se da kukuruzna ušna glista koja se hrani ne-Bt kukuruzom neće biti izložena Vip3A i na taj način zadržati svoju osetljivost na njega. To bi omogućilo osetljivoj kukuruznoj uši da opstane i da se razmnožava u većem obilju od rezistentne kukuruzne ušne gliste. Razmišljanje je da ova strategija sprečava ili usporava nakupljanje otpornosti u populaciji kukuruznog uha.
Međutim, Fricov tim je otkrio da ne-Bt kukuruz zasađen u četiri reda Bt kukuruza izražava određeni nivo Bt toksina, uključujući Vip3A. Ovo je verovatno zbog oprašivanja vetrom koje uzrokuje da Bt polen sleti na ne-Bt kukuruz. Kako rastu, neka ne-Bt jezgra su „kontaminirana“ i eksprimiraju Vip3A toksin. Rezultati tima sugerišu da međusadnja ne-Bt kukuruza sa Bt kukuruzom da bi se sprečila otpornost, koja se ponekad naziva „utočište sa mešavinom semena“ može zapravo izložiti gusenice niskim nivoima Vip3A i ubrzati pojavu otpornosti na Vip3A.
Fricov rad ukazuje na to da bi prava prevencija otpornosti mogla zahtevati promenu strategija, kako za način sađenja Bt kukuruza, tako i za praćenje otpornosti. Ova studija nudi okvir za genomsko testiranje za praćenje uspeha prevencije rezistencije u budućnosti.
Ova studija je sprovedena sa kolegama sa Univerziteta Severne Karoline.
