Соя - это культурный вид мирового значения, выращиваемый на масло и белок, кроме того, семена используются для потребления человеком, корма для животных и промышленного сырья.Соя самоопыляется, семена сои богаты белком (38-40%), кроме того, соевые культуры используются в севооборотах из-за способности растений увеличивать количество нитратов в почве за счет симбиотической фиксации азота. Однако на урожайность сои сильно влияют насекомые.
Holotrichia parallela, широко известная как темно-черная рубка, является одним из самых важных вредителей в сельском и лесном хозяйстве, особенно в Китае. H. parallela имеет трехступенчатый жизненный цикл: яйцо, личинка и сама особь. Личинки H. parallela живут в почве и предпочитают питаться корнями растений в течение двухлетней личиночной стадии, а взрослые насекомые H. parallela питаются свежими листьями.
H. Parallela может причинить значительный ущерб сое - от 10 до 30% потерь урожая в типичный год и до 50% потерь урожая при сильном заражении - и является причиной убытков в размере 1-2 млрд. долл. в год во всем мире.
В настоящее время фермеры используют инсектицидные спреи для борьбы с этими насекомыми-вредителями, однако, поскольку эти личинки обитают в почве, трудно найти конкретный химический продукт, способный бороться с этими насекомыми.
Традиционные селекционные подходы к устойчивости насекомых имеют ограниченный успех из-за отсутствия источников устойчивости. В качестве альтернативного подхода генная инженерия, использующая криогенные гены почвенных бактерий Bacillus thuringiensis (Bt), предлагает большой потенциал для улучшения видов сельскохозяйственных культур.
Ген почвенных бактерий Bacillus thuringiensis (Bt)
Гены Bt кодируют протоксин, который трансформируется в активный токсин путем расщепления ферментов в кишечнике насекомого. Различные типы криогенных генов успешно используются для развития устойчивых к насекомым видов сельскохозяйственных культур. По инсектицидной специфике криогенные гены в основном делятся на 4 типа. Гены Bt, обеспечивающие устойчивость к данному насекомому, включают cry3, cry4, cry7 и cry23 гены. Развитие резистентности насекомых через трансгенез с криогенными генами ранее применялось для защиты хлопчатника от повреждения хлопчатобумажных червей насекомыми.
Совсем недавно ученым удалось выявить еще один ген Bt , проявляющий намного улучшенную активность, по сравнению с другими генами, против личинок H. parallela, новый ген cry8.
Производство ГМ сои, содержащей ген cry8
- Для начала ученые произвели рекомбинантную плазмиду, содержащую данный ген из бактерии рода Bacillus thuringiensis .
- Рекомбинантная плазмида, получившая название pCAMBIA3300-cry8, была введена в штамм Agrobacterium tumefaciens для накопления данного гена.
- Затем штаммы Agrobacterium tumefaciens были введены в почву для проращивания ГМ сои.
- С помощью метода ПЦР были выявлены генно-модифицированные растения сои.
Устойчивость ГМ сои к насекомым рода Holotrichia parallela
По сравнению с нетрансгенной соей, ГМ соя показала высокую выживаемость в течение 2-х недель исследований, за счет содержащегося в ней гена cry8, который действует на насекомых, как токсин.
Смертность личинок H. parallelala достигла в основном 100% после 2 недель кормления, а взрослых особей - 85%. Результаты показали, что трансгенные растения оказывают дифференциальное воздействие на личинок и взрослых особей и что личинки, по-видимому, более чувствительны к Bt токсину, чем взрослые.
Вывод
Многочисленные исследования показали, что белки Bt могут подавлять основных вредных организмов, снижая использование инсектицидов.
Таким образом, криогенная экспрессия является эффективным методом повышения устойчивости к H. parallela в соевых бобах. Кроме того, эти ГМ линии не оказали негативного влияния на изучаемые агрономические свойства.