Оценка риска возникновения и распространения насекомых, устойчивых к Bt-токсину

Длительная экспозиция больших популяций насекомых, исходно чувствительных к действию Bt-продуцирующих растений, может привести к селекции насекомых-мутантов, устойчивых к энтомотоксину и затем к быстрому (в отсутствие конкуренции) их размножению. В результате, чувствительные к Bt-токсину популяции могут быть вытеснены популяциями устойчивых фитофагов, что сделает экономически неоправданным как возделывание ЭТР, так и использование микробных препаратов Bt-токсина для борьбы с вредными насекомыми. С другой стороны, массовое размножение насекомых, устойчивых к Bt-токсину, может привести к резкому падению численности ВТ и параллельно к селективному давлению на распространение мутантных форм ВТ с измененной специфичностью Bt-токсина, способных поражать Bt-устойчивые мутанты насекомых. Для оценки риска возникновения организмов, устойчивых к Bt-токсину, весьма существенна следующая информация:

а) доказательства, что такие мутанты действительно возникают;

в) в каких именно генах и какие именно мутации приводят к устойчивости и каков ее механизм;

г) характер доминирования алеллей устойчивости и чувствительности у потомства скрещивания устойчивых и чувствительных форм,

д) частота встречаемости аллелей устойчивости к токсину в природных популяциях фитофагов;

е) жизнеспособность устойчивых мутантов насекомых в сравнении с чувствительными их формами;

ж) стратегия сдерживания распространения устойчивых форм фитофагов.

Мутанты, устойчивые к Bt-токсину

Устойчивым к Bt-токсину может стать основной вредитель кукурузы - стеблевой мотылек. Как показано в двух параллельных, но независимых лабораторных опытах, проводившихся по разным протоколам (в США и во Франции), мутантные высокоустойчивые к Cry1Ab-токсину насекомые обнаруживаются уже на седьмой генерации (устойчивость повышена в 14 раз), на девятой генерации (в 13 раз) и на 32 генерации (устойчивость повышена в 32 раза). При этом изначально полагалось, что низкий уровень устойчивости к Bt-токсину весьма часто встречается в природных популяциях этого опасного вредителя (72).

В лабораторных условиях были получены мутанты и другого весьма опасного вредителя - табачной огневки (Heliothis virescens), устойчивые к Cry1Ac-токсину и, что крайне важно, эти мутанты оказались также устойчивыми к и другим Bt-токсинам (73).

Одновременная устойчивость к разным Bt-токсинам была обнаружена у мутантов двух штаммов капустной моли (Plutella xylostella L.) с использованием трансгенных растений броколли, синтезирующих Cry1C-токсин. Полученные мутанты были в 1090 раз более устойчивы к Cry1C токсину и, что особенно настораживает, демонстрировали уровень перекрестной устойчивости (в 390 раз!) к таким токсинам, как Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1F, Cry1J (74).

Культивирование в лабораторных условиях хлопоковой моли (Pectinophora gossypiella) на диетах, содержащих Cry1Ac-токсин, привело к отбору ее мутантов, у которых устойчивость к токсину была повышена более, чем в 100 раз. Скрещиваниями исходных и мутантных насекомых было установлено, что устойчивость к малым концентрациям токсина доминантна, к промежуточным - частично рецессивна и полностью рецессивна к высоким концентрациям токсина (75).

Похоже, что может быть несколько генов, мутации которых ведут к устойчивости фитофага к Bt-токсину. Так, у капустной моли, как оказалось, есть два разных гена, мутации которых могут приводить к устойчивости к Cry1Ab-токсину. В одном случае устойчивость была доминантной, в другом – рецессивной (76).

Означает ли вышесказанное, что мутации устойчивости к Bt-токсину могут возникнуть у любого организма, исходно чувствительного к нему? Похоже, что да. Выделены 10 рецессивных мутантов паразитической нематоды Caenorhabditis elegans, устойчивых к Bt-токсину (77).

Мутации каких именно генов могут приводить к устойчивости к Bt-токсину? По всей вероятности, это гены, кодирующих рецепторы, с которыми связывается токсин. Очень важно знать, рецессивны или доминантны такие мутации.