Первый случай новой генетической уязвимости кукурузы к гербициду раскрыли ученые. В ходе агрономического расследования они подсчитали, что чувствительность к популярному кукурузному гербициду существует почти у 50 линий сахарной и у 6 линий полевой кукурузы, но, возможно, распространена еще шире.
Портал AgroXXI.ru ознакомился с со статьей Лорен Куинн, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, в которой рассказывается о расследовании по делу странного отбеливания, то есть обесцвечивания, кукурузы: «Когда в 2021 году селекционер сладкой кукурузы сообщил о серьезном повреждении от гербицида толпиралата, Марти Уильямс из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн надеялся, что это был единичный случай с растениями от одной инбредной линии.
Но два года спустя, после многочисленных опытов в теплице и на методическом поле, а также генетического тестирования, Уильямс, эколог из Службы сельскохозяйственных исследований МСХ США и доцент кафедры растениеводства Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук (ACES) Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, подтвердил чувствительность к толпиралату у 49 линий сахарной кукурузы и в 6 линиях полевой. Кроме того, он выявил новую генетическую уязвимость, которая может повлиять на кукурузу в целом.
Толпиралат — относительно новый гербицид, ингибитор HPPD, предназначенный для всех видов кукурузы.
Обычно кукуруза выводит токсины из ингибиторов HPPD до того, как они смогут нанести вред посредством экспрессии гена Nsf1. Линии кукурузы с мутантными аллелями nsf1 могут проявлять чувствительность к ингибиторам HPPD, но этого не произошло с толпиралатом в линиях, протестированных Уильямсом.
Вместо этого его исследование показало, что чувствительность к толипиралату полностью связана с другим геном. Ученый объясняет, почему чувствительность не была ожидаема и не обнаружена в процессе размножения.
«Перекрестная чувствительность к множеству послевсходовых гербицидов, все из которых связаны с мутантными аллелями nsf1, известна уже много лет. Селекционеры обычно проводят скрининг с помощью такого продукта, как никосульфурон, ингибитор ALS, поскольку он идентифицирует (то есть убивает) любых инбредных растений, которые не толерантны к широкому спектру гербицидов, включая большинство ингибиторов HPPD. Таким образом, исходная линия сладкой кукурузы от 2021 года была проверена на никосульфурон, что не выявило повреждений и показало, что ген Nsf1 выполняет свою работу. Ожидание того же результата от толпиралата было разумным, поскольку никто не сообщал о серьезном повреждении урожая новым гербицидом. Итак, когда возникла травма толпиралата, селекционер был сбит с толку и обратился за помощью к науке», - рассказывает Уильямс.
Далее команда под руководством Уильямса начала охоту за обесцвеченной кукурузой — явным признаком повреждения ингибитором HPPD — на полях селекционеров. Тут и там, среди высоких зеленых рядов кукурузы, мелькали низкорослые «белые ходоки».
Команда связалась с селекционерами, чтобы выяснить подробности обработки. И всегда распылялся толпиралат, каждый раз.
Столкнувшись с явлением, которое все меньше походило на случайность, команда Уильямса приступила к полевым и тепличным испытаниям, чтобы определить, насколько широко распространена чувствительность к толпиралату. Имея легкий доступ к группе по разнообразию сладкой кукурузы, они сосредоточились в основном на ней, но также протестировали узкую группу генотипов полевой кукурузы.
В ходе скрининга команда зафиксировала 49 инбредных сортов сладкой кукурузы и 6 полевой, которые получили травмы от умеренной до тяжелой из толпиралата. Важно отметить, что источник гена-энхансера сахара в сахарной кукурузе, родительской линии многих гибридов сахарной кукурузы, был одним из наиболее чувствительных генотипов, что позволяет предположить, что чувствительность может быть широко распространена.
Интересно, что травмы были намного хуже при добавлении атразина и гербицидных адъювантов, обычно применяемых совместно с ингибиторами HPPD.
«Когда мы применили чистый толпиралат к чувствительной инбредной сладкой кукурузе, урожай выглядел хорошо. Но когда мы добавили адъюванты, рекомендованные на этикетке гербицида — растительное масло или метилированное масло семян — получили серьезную реакцию отбеливания. А когда мы также включили атразин, который часто встречается в ингибиторах HPPD, гибель растений стала быстрой».
Уильямс пояснил, что просто удалить адъюванты из баковой смеси невозможно. Они улучшают усвоение гербицидов сорняками и необходимы для успешной борьбы с сорняками.
«Толпиралат имеет агрономические преимущества, но очевидно, что его полезность будет под большим вопросом, если он нанесет вред урожаю», — говорит Уильямс.
Имея все больше доказательств того, что nsf1 не виноват в чувствительности к толпиралату, команда затем картировала геном, чтобы найти виновника «белых ходоков».
"Используя исходную чувствительную линию сладкой кукурузы для картирования признака, мы сузили ее до области на хромосоме 5 рядом с Nsf1. Но это не Nsf1, и в идентифицированной нами области генома нет ничего очевидного, что могло бы легко объяснить чувствительность к толпиралату. Итак, хотя мы и нанесли на карту этот признак, физиологический механизм остается неуловимым», - рассказывает ученый.
Уильямс отмечает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы разобраться в чувствительности к толпиралату, как с точки зрения физиологического механизма, так и с точки зрения того, насколько широко этот признак может быть распространен во всех типах кукурузы.
Он отметил, что существует потенциал для разработки молекулярных маркеров, которые смогут идентифицировать чувствительные линии кукурузы, что поможет в дальнейшем для повышения толерантности кукурузы к толпиралату.
На данный момент Уильямс извещает селекционеров кукурузы, производителей и химических компаний, работающих над следующим поколением ингибиторов HPPD, о проблеме. Ведь это первый случай генетической уязвимости к кукурузному гербициду, зарегистрированный за более чем три десятилетия.
"То, что мы пока что узнали, уже имеет ценность помимо самого толпиралата, поскольку несколько новых ингибиторов HPPD, полученных из одной и той же химической структуры, сейчас разрабатывается некоторыми агрохимическими компаниями. Если мы сможем избежать дополнительных проблем в будущем, надо сделать это прямо сейчас», заключил исследователь».
(Источник: University of Illinois at Urbana-Champaign. Автор: Лорен Куинн. Автор изображения: Анна Медведева, AgroXXI.ru).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.