Моніторинг та управління стійкістю для сталого використання токсинів Bt - база даних проекту

Головна навігація

  • Домашня сторінка
  • Поточний
  • фокус
  • дебати
  • дослідження
  • Дослідження в прямому ефірі
  • База даних проекту
  • співіснування
  • школу
  • Натисніть
  • Медіатека
  • Ліворуч
  • Словник
  • Новий
  • архів

(2002 - 2006) RWTH Ахенський університет, Інститут досліджень навколишнього середовища (BiologieV) Кафедра екології, екотоксикології та екохімії (координація)

сталого

теми

Генетично модифікована кукурудза Bt утворює токсин Bt, що робить її стійкою до певних шкідливих комах. Цей проект стосується кукурудзи Bt, яка ефективна проти європейського та середземноморського кукурудзяного бура (ЄЦБ, Ostrinia nubilalis; MCB, Sesamia nonagrioides; CB = кукурудзяний бурильник).

У разі широкомасштабного вирощування кукурудзи Bt шкідник може, в свою чергу, виробити стійкість до токсину Bt.

Дані про популяції європейських кукурудзяних свердловин були зібрані як основа для плану управління опором. Це може супроводжувати впровадження кукурудзи Bt в Європі та забезпечити її безпечне та стійке використання.

Дванадцять партнерів з восьми країн (ES, FR, I, SK, GR, DE, AU та USA) були залучені до спільного проекту ЄС, який був укладений у квітні 2006 року. У Німеччині, окрім RWTH Аахен (координація), SLFA Neustadt, MPI Єна та Інститут Фраунгофера IME, Шмалленберг.

Резюме

Чутливість, так звану сприйнятливість європейських кукурудзяних зернових до токсинів Bt, досліджували по всьому ЄС. Встановлена ​​база даних та зразок бази даних ЄЦБ та МЦБ доступні для порівняльних досліджень у разі виникнення опорів. Для плану управління стійкістю щодо впровадження трансгенної кукурудзи Bt в ЄС були зроблені наступні висновки:

  • Чутливість шкідників порівнянна в ЄС.
  • Потоку генів достатньо для так званого управління біженцями з високими дозами (HDR). Для цілей моніторингу достатньо вивчити меншу кількість популяцій на одну країну, ніж репрезентативні.
  • Гени рецесивної стійкості до токсинів Bt рідкісні в європейських популяціях, нижче рівня 10 -3. За допомогою бази даних управління опором можна регулювати, якщо виникають перші опори.
  • Знання можливих механізмів формування опору може бути використано для управління опором. Наприклад, може бути рекомендована комбінація двох специфічних Bt-токсинів.

Опис експерименту

Дослідження європейських популяцій кукурудзяних свердловин

Були зібрані зразки з європейських популяцій кукурудзяних свердловин. ЄЦБ збирали в Італії, Франції, Німеччині, Іспанії, Словаччині та Греції; MCB лише в Іспанії та Греції.

Чутливість/стійкість личинок. Для дослідження чутливості личинок їх вирощували в лабораторії та піддавали штучному харчуванню з різними концентраціями білка Cry1Ab. Лабораторні культури були розділені для виявлення стійких личинок і зберігалися як з відбором, так і без нього шляхом обробки токсинами Bt.

Потік генів. Генний потік визначали та порівнювали як всередині країни (у Німеччині та Іспанії), так і в Європі (Німеччина, Італія, Франція, Словаччина, Румунія та Греція), використовуючи різні методи (AFLP, RAPD тощо).

У Німеччині, Франції та Словаччині європейських кукурудзяних носіїв позначили, відпустили та відвоювали з метою вивчення обміну генами позичальників кукурудзи між полями кукурудзи.

Моніторинг можливих генів стійкості. Гени резистентності важко визначити до того, як вони стануть відомими. Був використаний дуже трудомісткий метод моніторингу (екран F2), за допомогою якого можна виявити рідкісні рецесивні гени стійкості.

Характеристика механізмів опору

Білки Bt розщеплюються - і тим самим активізуються - за допомогою спеціальних ферментів у кишковому соку личинок бургера, так званих протеаз, а потім зв’язуються зі специфічними рецепторами на стінці кишечника. Зрештою справа доходить до інтеграції в мембрану та утворення пір. Це перфорує кишкову стінку, що призводить до загибелі комахи. Стійкість комах до токсинів Bt може розпочатися на кожному з цих етапів.

Опосередкована протеазами резистентність. Трипсини, ймовірно, відіграють роль у опосередкованій протеазами резистентності. Тому в середній кишці личинок MCB досліджували появу трипсинів та активність генів трипсиноподібних ферментів.

Дослідження прив’язаності до токсинів Bt. Поведінка зв'язування різних мічених токсинів Bt (Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1Ca та Cry1Fa) була досліджена на так званих "везикулах мембранної кисті" (BBMV). Це частини кишкової стінки, ізольовані від личинок, з якими зв’язуються токсини. Стійкі штами (з лабораторного розведення в США) порівнювали з чутливими штамами. Крім того, було досліджено утворення пор активних токсинів Cry1 Bt на BBMV (вимірювання потенціалів у мембрані).

Результати

Облік європейських популяцій кукурудзяних свердловин

Зразки колекції різних популяцій ЄЦБ та МЦБ на території ЄС доступні як довідковий матеріал у банку зразків (Fh-IME).

Чутливість/стійкість личинок. Чутливість шкідників (LC50) була - за винятком Іспанії - скрізь порівнянна. Менші відмінності в чутливості пояснювались природними варіаціями, а також можливою втратою активності токсинів, наприклад через обмін між вченими (відправлення).

У Словаччині, як і в Чехії, личинки, що вижили, збирали в кукурудзу Bt і вирощували в лабораторії. Ці личинки, зібрані в полі, виявилися чутливими до Bt-матеріалу в лабораторії. Це означає, що личинки не були стійкими, але вижили, оскільки невеликий відсоток рослин у кукурудзі Bt не утворював токсину Bt.

У спробах створити штучну стійкість в лабораторії чутливість личинок ЄЦБ знижувалася через кілька поколінь, залежно від дози токсину (чотири-вісім поколінь з високою дозою токсину і через 23 покоління з низькою дозою токсину). У випадку личинок MCB лише іспанський штам продемонстрував зниження чутливості, тоді як грецький штам не зазнав змін. Це пояснювалося різницею в токсині.

Зараження личинок мікроспорідіями не змінює чутливості личинок (ЕЦБ) або пошкодження кукурудзи.

Потік генів. Існували лише незначні відмінності між окремими популяціями кукурудзяних свердловин. Це показує, що потік генів є достатньо великим для так званого управління біженцями з високими дозами (HDR). Тому лише кілька популяцій в країні або географічно подібному регіоні потрібні як репрезентативні популяції для скринінгу та моніторингу сприйнятливості.

Моніторинг можливих генів стійкості. Гени стійкості до Bt кукурудзи не виявлені. Це показує, що рецесивні гени резистентності рідкісні в європейських популяціях (нижче 10 -3). Встановлений зразок та базу даних можна використовувати, якщо виникають опори. Тоді система раннього попередження та управління опором може бути адаптована для подальшого забезпечення використання кукурудзи Bt.

Характеристика механізмів опору

Опосередкована протеазами резистентність. Чотири різні трипсиноподібні протеази та їх гени були виявлені в середній кишці личинок MCB. Чутливість активності трипсину до специфічних інгібіторів протеази змінюється в різні стадії личинок. Співвідношення ферментів між собою також змінюється залежно від личинкових стадій. Такі зміни можуть зіграти роль у опосередкованій протеазами стійкості до Bt кукурудзи.

Дослідження прив’язаності до токсинів Bt. Принаймні в одному лабораторному штамі (США) справжня стійкість була пов'язана зі зміненим зв'язуванням рецепторів, хоча точний механізм незрозумілий.

Cry1Aa, Cry1Ab та Cry1Ac мають один сайт зв'язування, тоді як Cry1Ca та Cry1Fa зв'язуються на інших сайтах. Тому рекомендується поєднання Cry1Ab та Cry1Fa, щоб затримати розвиток стійкості.

Можна показати, що Cry1Ab та Cry1Fa збільшують проникність мембрани для калію in vivo. Цього не знайдено для Cry1Da. Також було показано, що активні токсини також впливають на транспорт амінокислот.