Картошка и табак объединились для защиты хлопчатника
Генетики разработали методику, которая позволяет увеличить урожай хлопка почти вдвое. Правда, для этого хлопку пришлось генетически стать чуть-чуть картошкой и слегка -- табаком. Качество волокон от этого не изменилось.
Посевы хлопчатника больше всего страдают от хлопковой совки Helicoverpa punctigera и Helicoverpa аrmigera. Пожирающие листья растений гусеницы этих бабочек за много лет выработали устойчивость к ядохимикатам. Существуют трансгенные хлопковые растения, содержащие Bt-токсины против насекомых. Но после первоначального успеха выяснилось, что гусеницы вырабатывают устойчивость и к токсинам. Поэтому проблема создания трансгенного хлопчатника, которому не страшна хлопковая совка, до сих пор не решена.
Австралийские ученые из университета Ла Троуб (La Trobe University) и университета Мельбурна (University of Melbourne) под руководством профессора Мерилин Андерсон (Marilyn Anderson) решили подключить к защите хлопка белки -- ингибиторы протеиназ. Это естественные средства защиты, которые вырабатываются в растениях. Они подавляют активность пищеварительных ферментов гусениц, в результате у тех нарушается пищеварение и останавливается развитие. Большинство при этом погибает.
Хлопковую совку накормили табачным белком
Такие ингибиторы протеиназ (ИП) синтезируются в листьях душистого табака (Nicotiana alata), защищая его от вредителей. Ученые испытали их действие на хлопковую совку. Они кормили гусениц H. рunctigera листьями хлопка с добавлением 0,26% раствора ИП табака. Через 21 день умерло 80% гусениц -- это вдвое больше, чем среди контрольных, которых кормили листьями без ИП. Контрольные гусеницы весили около 100 мг, а оставшиеся в живых после кормления ИП отставали в развитии и весили втрое меньше. У них измерили активность пищеварительных ферментов в кишечнике. Оказалось, что ИП табака полностью подавил активность одного фермента – трипсина, но не подействовал на другой фермент – химотрипсин.
Эксперимент с гусеницами другого вида хлопковой совки, H. аrmigera показал, что на них ИП табака оказывает слабое влияние. Ученые же поставили перед собой задачу найти универсальное средство против обоих видов.
Белок из картошки эффективнее
Ученые обратились к ИП другой природы, которые работают в картошке и ее диких родственниках. Причем в этих растениях ИП в большом количестве вырабатывается в ответ на повреждение листьев – когда гусеницы начинают их жевать. Сигнал от раненых листьев передается через растительные гормоны и включает синтез белка.
Биологи получили ИП картофеля Solanum tuberosum, выделив соответствующий ген из его пораненных листьев, и привлекли бактерию кишечной палочки для наработки рекомбинантного белка. В опытах с кормлением гусениц они убедились, что этот ИП подавляет активность обоих ферментов у обоих видов хлопковой совки.
Табак и картошка поделились с хлопком генами
Эффективнее всего действовала комбинация ингибиторов протеиназ табака и картофеля: она подавляла рост личинок совки на 90% по сравнению с контролем.
На следующем этапе ученые получили трансгенный хлопок. Генные конструкции, несущие гены ИП табака и картошки, они перенесли в растения хлопчатника при помощи агробактерий. Это наиболее часто используемый путь в генной инженерии, поскольку агробактерии в природе известны способностью встраивать свои гены в геном высших растений.
Таким способом генетики получили линию хлопчатника с ИП табака, линию с ИП картофеля, а при их скрещивании – линию с ИП обоих видов. Полевые испытания провели в Квинсленде. Чтобы увеличить нагрузку вредителей на экспериментальное поле, растения дополнительно заразили яйцами H. аrmigera.
Успех хлопка по борьбе с вредителями специалисты оценили при подсчете коробочек с волокном на зрелых растениях. Лучше всего показала себя линия, несущая два трансгена: от табака и картофеля. На этих растениях созрели в среднем около 20 коробочек против 13 в контроле. На следующий год испытаний эффект этой линии несколько снизился: 14 коробочек против 11 в контроле. По весу они составили 27,8 г против 22,9 г для контрольной линии. Но даже такой, казалось бы, скромный результат ученые считают успешным. Они подчеркивают, что ИП, в отличие от Bt-токсинов, действует не только против насекомых, но и против червей-нематод и грибов.
Статья о трансгенном хлопке опубликована в журнале PNAS.
