Спросите любого фермера, и вы услышите, что сорняки — это большая головная боль. Еще хуже обстоят дела с сорняками, у которых выработалась устойчивость к гербицидам, предназначенным для их уничтожения. Это случай водяной конопли, широколистного сорняка, обычно встречающегося на кукурузных и соевых полях. Многие популяции водяной конопли и ее агрессивного родственника, амаранта Палмера, приобрели устойчивость к атразину, мезотриону и ряду других широко используемых гербицидов, что иногда приводит к значительным потерям урожая кукурузы и сои.
«Если вы продолжите опрыскивать растения одним и тем же гербицидом, есть шанс, что очень небольшое их количество выживет и будет воспроизводиться. Некоторые из их потомков будут устойчивы к гербициду. Используя один и тот же гербицид на протяжении нескольких поколений, мы выбираем для сорняков, устойчивых к этому химическому веществу », — говорит научный сотрудник Университета Иллинойса Ронг Ма.Растения используют различные механизмы, чтобы избежать токсического действия гербицидов.
Наиболее распространенный механизм, известный как резистентность к участку-мишени, возникает из-за мутации гена, которая не позволяет гербициду прикрепляться к белкам, которые он призван разрушить. Наличие этих мутаций в популяциях водяной конопли можно быстро проверить генетически, если сайт мутации известен заранее.Другой механизм известен как метаболическая резистентность.
В этом случае растение использует обычные ферменты для детоксикации гербицида еще до того, как оно достигнет белка, который оно предназначено разрушить.«У людей также есть эти обширные детоксифицирующие ферменты. Они могут помочь вывести токсины и химические вещества, которые мы потребляем», — объясняет Ронг.Ферменты, ответственные за метаболическую резистентность, не всегда известны, хотя обычно они делятся на один или два широких класса: P450 или GST.
«Проблема в том, что у растений есть сотни этих P450 или GST, и мы еще не определили, какие из них ответственны за устойчивость к конкретному гербициду», — говорит ученый по сорнякам U of I Дин Ричерс.Поскольку гены этих ферментов обычно неизвестны, невозможно проверить их с помощью традиционных генетических методов. Ма вместе с командой исследователей из Университета I под руководством Райчера разработали новую технику, с помощью которой можно точно проверить метаболическую резистентность, не полагаясь на знание конкретных задействованных генов.Новый метод заключается в воздействии на одну небольшую пластинку листа гербицида с радиоактивной меткой и последующем определении того, сколько гербицида осталось после того, как лист получит возможность его метаболизировать.
Чем меньше гербицида остается со временем, тем устойчивее растение.В ходе исследования были протестированы три популяции водяной конопли и два гербицида, мезотрион (Callisto®, ингибитор HPPD) и примисульфурон-метил (Beacon®, ингибитор ALS). Хотя выяснилось, что разные группы населения детоксифицируют эти два химиката с помощью разных биохимических механизмов, новый метод работал с обоими.
«Этот метод должен работать с дополнительными гербицидами и даже с различными сорняками или культурами», — говорит Ричерс. «Мы протестировали третий гербицид, используя этот метод на вырезанных листьях сои, и он сработал. И до тех пор, пока лист или черешок могут поместиться в пробирке, он будет работать практически для любого растения».Хотя новый метод не определяет точные гены, ответственные за усиление метаболизма гербицидов в устойчивых популяциях, он указывает на общий класс генов и задействованный механизм. Следующим шагом исследовательской группы является идентификация конкретных генов и, в конечном итоге, разработка маркеров для быстрого тестирования с использованием обычных генетических методов.
Рихерс говорит, что другие университеты и компании уже используют новую технику.