Биотехнологи создают новые трансгенные растения, обогащенные питательными микроэлементами и витаминами, устойчивые к определенным насекомым. Получат ли остальные вредители выгоду от более питательного урожая, проверили испанские ученые
Группа ученых из Лаборатории сельского хозяйства и здоровья растений Каталонии и Университета Лериды, Испания, опубликовала статью в журнале Insects 2021, где рассматривается вопрос — увеличат ли витаминизированные ГМ-культуры популяции вредителей-фитофагов?
«Для решения проблемы недоедания во многих развивающихся странах, где диета базируется на рисе, сорго или кукурузе, сегодня предложены ГМО-культуры: урожайные, адаптированные к изменению климата и обогащенные витаминами, питательными элементам.
Трансгенные культуры, включающие гены энтомопатогенной бактерии Bacillus thuringiensis Berliner (например, кукуруза Bt с токсином Cry1Ab), коммерчески выращиваются с 1996 года.
В 2018 году 26 стран (21 развивающаяся и 5 промышленно развитых стран) засеяли 191,7 млн га трансгенными культурами, большинство которых содержали два или более токсина Bt или были улучшено переносимостью гербицидов.
Многие новые, биообогащенные, традиционные или трансгенные, основные сельскохозяйственные культуры с улучшенными пищевыми свойствами, такими как накопление высоких уровней β-каротина и витамина С (AsA), находятся в стадии разработки или приближаются к коммерциализации. Например, трансгенное биообогащенное сорго для улучшения питания или «золотой» рис, недавно разрешенный к употреблению на Филиппинах.
Внедрение биообогащенных основных культур с повышенным производством нескольких витаминов поднимает до сих пор малоизученный вопрос о том, как насекомые-фитофаги, питающиеся этими обогащенными культурами, будут реагировать с точки зрения развития и смертности. Короче говоря, увеличат ли эти культуры популяции вредителей-фитофагов?
Витамины А и С играют важную роль в строении, поведении и физиологии насекомых. Помимо других функций, они служат антиоксидантами и могут способствовать иммунному ответу членистоногих, поглощая активные формы кислорода.
Исследования на насекомых показали, что пищевые каротиноиды могут снижать или увеличивать токсичность некоторых соединений.
У насекомых также есть ферментативные антиоксидантные системы, которые необходимы, потому что рацион насекомых-фитофагов содержит большое количество молекул прооксидантов. Антиоксидантные ферменты, такие как каталаза (CAT), глутатион-S-трансфераза (GST) и супероксиддисмутаза (SOD), могут играть очень важную роль в детоксикации активных форм кислорода (ROS), продуцируемых ксенобиотиками и многими аллелохимическими веществами растительного происхождения.
Следовательно, насекомые, которые питаются трансгенными растениями Bt, биообогащенными витаминами, могут реагировать на окислительный стресс, вызванный бактерией, двумя способами: либо увеличивать выработку антиоксидантных ферментов, либо использовать антиоксидантный эффект витаминов.
Подобные исследования особенно интересны для гусениц, не являющихся мишенями, которые слабо восприимчивы к токсину Bt, но им может способствовать повышенное содержание витаминов в растениях кукурузы Bt.
В Европе кукуруза Bt с усеченными генами энтомопатогенной бактерии B. thuringiensis в основном выращивается в регионах Испании и Португалии, где кукурузный мотылек наносит ущерб культуре.
Bt избирательно токсичен для некоторых насекомых, многие из которых относятся к Lepidoptera, у которых степень восприимчивости к токсину различается в зависимости от вида.
Единственная культивируемая в ЕС кукуруза Bt, который содержит событие трансформации MON810 (Cry1Ab; Monsanto Company, Сент-Луис, Миссури, США), эффективно контролирует двух основных кукурузных мотылька, присутствующих в ЕС, а именно — европейского кукурузного мотылька (O. nubilalis) и средиземноморского кукурузного мотылька (Sesamia nonagrioides Lefèbvre (Lepidoptera: Noctuidae)).
Однако эта ГМ-культура имеет гораздо меньшую эффективность в борьбе с другими вторичными вредителями кукурузы, такими как совка одноточечная (Mythimna unipuncta) или совка хлопоквая (Helicoverpa armigera Hübner (Lepidoptera: Noctuidae).
Так может ли выращивание этой культуры Bt привести к увеличению числа вторичных и менее восприимчивых вредителей?
M.unipuncta — многоядное насекомое и важный вредитель злаковых культур в Европе и Северной Америке.
H.armigera является серьезным космополитическим насекомым-вредителем, личинки которого многоядны, хлопковая совка обладает высокой способностью развивать устойчивость к инсектицидам и токсину Bt.
Наблюдалось, что личинки обоих видов способны выжить и завершить свое развитие даже при питании кукурузой Bt и, следовательно, внедрение биообогащенных культур Bt могло бы улучшить приспособленность этих двух видов с низкой восприимчивостью к питанию этими культурами.
Цели настоящего исследования состояли в том, чтобы определить, улучшают ли витамины A (β-каротин) и C (аскорбиновая кислота: AsA) в диете Bt выживаемость и развитие каждого из видов с низкой восприимчивостью к токсину Bt.
Вторая цель — определить, могут ли три разные группы антиоксидантных ферментов, связанных с окислительным стрессом (CAT, SOD и GST) быть вовлечены в низкую восприимчивость к токсину, путем сравнения реакции обоих видов на прием токсина Bt с пищей или без β-каротина и AsA.
В этом исследовании использовались два вида чешуекрылых: H.armigera и M unipuncta.
Популяции обоих насекомых были воссозданы в лаборатории из особей, собранных на полях (Лерида, Испания).
Личинок хлопковой совки собирали на люцерне, из с лета до осени на полях без Bt кукурузы, взрослых особей одноточечной совки — в сентябре поимкой в световые ловушки вблизи полей без Bt кукурузы. Личинок подращивали и взрослых особей кормили полуискусственной диетой, включая инсектицидный белок Cry1Ab, различные количества аскорбиновой кислоты (AsA) и β-каротин (обозначенный как β). Основной рацион содержал лиофилизированные листья кукурузы, пивные дрожжи, проростки пшеницы, аскорбиновую, сорбиновую кислоту, агар-агар и воду.
В этом исследовании реакция на диету Bt, обогащенную витаминами A (β-каротин) и C (аскорбиновая кислота), несколько различалась между двумя видами.
M.unipuncta оказалась менее чувствительна к токсину, чем H.armigera, хотя прием Bt-диеты приводил к окислительному стрессу (более длительное развитие личинок и меньшая масса куколки), который не смягчался витаминами.
Однако эти два витамина снижали смертность личинок H.armigera, получавших диету, обогащенную Bt; кроме того, ß-каротин снижает активность антиоксидантной глутатион-S-трансферазы (GST) обоих видов, что позволяет предположить, что он играет антиоксидантную роль.
В целом, хотя полученные здесь результаты показывают, что культуры, обогащенные этими витаминами, вряд ли будут активно способствовать развитию H.armigera, и позволяют предположить, что они вообще не влияют на развитие M.unipuncta, эффект от повышения уровня витаминов может быть очень различным, и его следует изучать в дальнейшем».
По статье группы авторов (Кармен Лопес, Пилар Муньос, Даниэла Занга, Патрисия Сараи Хирон-Кальва, Матильда Эйсагирре), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Читать полностью: https://www.agroxxi.ru/...
