Проблема усугубляется тем фактом, что водяной конопля может развить сопротивление по крайней мере двумя способами. При устойчивости к участку-мишени мутация гена изменяет белок, для атаки которого предназначен гербицид. При неподходящем участке связывания белка гербицид становится неэффективным.
Положительная сторона устойчивости целевого участка заключается в том, что ее относительно легко идентифицировать с помощью стандартных лабораторных процедур.Метаболическая резистентность — совсем другое дело. Растения используют любой из сотен возможных ферментов для детоксикации химического вещества, делая его бесполезным.
Хотя ученые из Иллинойского университета по борьбе с сорняками Дин Ричерс, Ронг Ма и Джош Скелтон недавно разработали быстрый и простой тест на метаболическую резистентность, у них все еще не было возможности узнать, какой фермент ответственен за это.До настоящего времени.«Мы думаем, что нашли иголку в стоге сена», — говорит Ричерс.Ричерс и его коллеги сосредоточили свое внимание на метаболической устойчивости к атразину, химическому веществу, которое использовалось десятилетиями и до сих пор распыляется примерно на 80% посевных площадей под кукурузу в Соединенных Штатах, несмотря на растущую сопротивляемость и опасения по поводу воздействия на окружающую среду.
Из предыдущего исследования, проведенного в Университете I, команда знала, что устойчивый водяной конопля метаболизирует атразин с помощью класса ферментов, известных как GST. «Известно, что растения имеют от 50 до 120 генов GST. Мы хотели знать, проистекает ли резистентность только от одного из них, и можем ли мы ее найти», — говорит Ричерс.Бывший аспирант Антон Эванс выделил кандидатные белки GST из водяной конопли и изучил их экспрессию в устойчивых и чувствительных растениях. Один из белков GST был чрезвычайно распространен у устойчивых растений, но почти отсутствовал у чувствительных растений.
Аспирантка Сара О’Брайен более внимательно изучила ген, кодирующий этот белок GST, и, в частности, его варианты или аллели. Она заметила, что при наличии двух доминантных аллелей этого гена требовалось более чем в 14 раз превышающее рекомендованное количество атразина, чтобы повредить растения.«Гетерозиготные растения — те, у которых была только одна копия доминантного аллеля — имели гораздо более сильное повреждение. В эксперименте с четырьмя или пятью гетерозиготными растениями два или три погибали, а другие были низкорослыми и имели много мертвых тканей.
Но гомозиготные устойчивые растения — растения с двумя копиями доминантного аллеля — почти выглядели так, как будто их не опрыскивали », — говорит О’Брайен.«Растения без доминантного аллеля просто пострадали даже при низких нормах внесения гербицидов», — добавляет Ричерс.Это свидетельство, наряду с более подробными молекулярными данными, вселяет в команду уверенность в том, что они открыли что-то уникальное. «Это может быть единственный случай, когда мы действительно обнаружили ген, ответственный за метаболическую устойчивость у широколистных сорняков, в отличие от устойчивости к целевым участкам, — объясняет Ричерс, — для любого гербицида».В дальнейшем тест на этот ген будет аналогичен тесту на устойчивость к атразину в целевых сайтах.
Новая информация также может быть использована промышленностью для разработки новых химикатов для борьбы с коноплей.«Пока мы знаем ген, вы потенциально можете выбить его из строя и снова сделать растение чувствительным.
Вы можете разработать химическое вещество, ингибирующее GST, специфичное для этого GST», — говорит Ричерс.