Способность генномодифицированных растений благополучно выживать за пределами поля для агронауки давно не секрет. Это происходит за счет эволюционного процесса под названием де-доместикация и представляет собой угрозу как экологического, так и производственного плана. Многолетнее исследование американских ученых, сосредоточенное на ГМО-каноле, коммерческой разновидности рапса, проливает свет на некоторые подробности из жизни этих беглецов.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей команды исследователей, авторами которой являются Стивен Э. Трэверс (факультет биологических наук Университета Дакоты), Д. Брайан Бишоп (факультет биологии Колледжа Конкордия в Миннесоте), Синтия Л. Сагерс (Университет штата Аризона), о динамике и особенностях распространения ГМО-канолы за пределами американских сельхозполей.
Проблемы со сбежавшими ГМО
В США случайное присутствие растений-трансгенов в обычных производственных системах продолжает представлять значительные риски для американского сельского хозяйства.
Обнаружение трансгенов в пищевых продуктах нарушает международные и внутренние рынки и вызывает недоверие среди потребителей. Исследователи подсчитали, что угроза загрязнения обычных и органических культур генетически модифицированными (ГМО) сортами обходится производителям в 6,3 миллиарда долларов США, когда пищевые компании и зарубежные рынки отказываются от поставок, загрязненных трансгенами. Ограничение движения трансгенов в американских сельскохозяйственных системах имеет решающее значение для сокращения рыночных потерь, но такие усилия сводятся на нет биологией растений и их способностью перехитрить стратегии сдерживания.
В США некоторые виды генетически модифицированных сельхозкультур сумели сбежать и создали устойчивые популяции за пределами поля, ГМО-канола – коммерческая разновидность рапса, созданная с устойчивостью к опрыскиванию гербицидами – является тому примером.
В середине 1990-х годов США были одними из первых, кто начал сеять ГМ-рапс, и сейчас почти весь урожай американской канолы является результатом ГМ-технологий: содержит устойчивость либо к глифосату, либо к глюфосинату.
За пределами управляемых пахотных земель сбежавшие ГМ-культуры могут быстро развиваться, становясь более адаптированными и толерантными к неагрономической среде. Однажды созданные, они составляют генофонд, способный порождать сорных вредителей, которые несут дополнительный риск, связанный с хранением трансгенов.
Де-доместикация, или одичание, ГМ-культур увеличивает вероятность того, что трансгены выйдут из-под культивирования и интегрируются в дикие популяции близкородственных растений.
Де-доместикация — это эволюционный процесс, посредством которого одомашненные растения или животные избегают интенсивного контроля со стороны человека и формируют независимые воспроизводящиеся популяции.
Известно, что де-доместиканты происходят из видов сельскохозяйственных культур несколькими путями: посредством мутации и отбора (эндофералы), путем скрещивания между отдельными популяциями или наземными расами (экзоэндодикари) или путем гибридизации с дикими родственниками (экзофералы).
Однажды установленная, генетическая архитектура де-одомашненных популяций может в дальнейшем формироваться посредством гибридизации и интрогрессии среди диких и одомашненных форм.
Дикие признаки, такие как осыпание семян, асинхронное цветение и покой семян, иногда быстро восстанавливаются де-доместикантами в результате отбора в неагрономических средах обитания.
Образовавшиеся в результате дикие популяции, теперь адаптированные к местной среде и терпимые к конкуренции, являются богатой мишенью для продолжающегося потока генов с сельскохозяйственных полей. Когда они конкурируют с родственными культурами или привносят вредные свойства в коммерческие поля, де-доместиканты представляют угрозу целостности и прибыльности коммерческих производственных систем.
Что касается рапса/канолы, то следует знать, что «дикие» черты» предков все еще ярко выражены у товарного рапса – это осыпание семян и последующие входы падалицы. Более того, семена канолы сохраняют частичный покой и могут сохранять жизнеспособность в почвенном семенном банке до трех лет.
Совместное воздействие осыпания и период покоя семян быстро пополняет почвенный семенной фонд, способствуя высокой распространенности рапса из падалицы на сельскохозяйственных полях и вокруг них.
Охота за трансгенными рапсовыми беглецами
Первое путешествие для определения и сбора ГМ-канолы за пределами полей состоялось в Дакоте, США, в 2010 году. Отбор проб проводился в начале лета до начала цветения культурного рапса
Полевые бригады установили «наблюдательные посты» на основных автомагистралях с востока на запад по всему штату. Квадрат 2×50 м был установлен через каждые 8,05 км проезжей части с одной или обеих сторон дороги, где разрешено движение транспорта, путем прохождения 50 м вдоль края дороги и наблюдения по одному метру справа и слева. Внутри этой зоны отбора проб были подсчитаны все идентифицируемые растения рапса, одно случайно выбранное растение собирали, фотографировали, тестировали на экспрессию трансгена и архивировали как образец.
В 2021 году ученые повторили исследование, проехали в общей сложности 6373 км и проверили 62,5 км придорожной среды обитания (1,0% от пройденного расстояния). Для этой работы не требовалось никаких разрешений или одобрений, поскольку все пробы были собраны в общественной полосе отвода, и ни один из охраняемых видов не собирался.
В обоих исследованиях целью было охарактеризовать распространение и численность трансгенной канолы на обширной территории региона, где выращивается эта культура.
Фрагменты листьев из образцов тестировали на наличие белка CP4 EPSPS (придает толерантность к гербициду глифосату) и белка PAT (придает толерантность к гербициду глюфосинату) с помощью иммунологических тест-полосок TraitChek. Тест-полоски недоступны для третьего признака устойчивости- устойчивости к гербициду Clearfield, который, как сообщается, составляет менее 5% ГМ-канолы, выращиваемой в Дакоте.
В 2022 году был дополнительно собран рапс, растущий непосредственно за пределами 58 сельскохозяйственных полей и предположительно возникший в результате осыпание семян. Образцы также протестировали на ГМО. Эти 58 полей были равномерно распределены по всему штату и представляют собой все выращиваемые цветущие разновидности канолы, которые ученые наблюдали в течение периода исследования.
Выводы
Собрав доказательную базу, в 2022 году исследователи подсчитали результаты. Состав одичавших популяций изменился в течение десятилетия.
«В то время как в 2010 году дикие растения с одинаковой вероятностью были устойчивы как к глифосату (CP4 EPSPS+), так и к глюфосинату (PAT+), к 2021 году устойчивость к глюфосинату стала встречаться в девять раз чаще. Это объясняется переходом от культивирования ограниченное обследование сельскохозяйственных полей в 2021 году показало преобладание выращивания PAT+. Кроме того, разговор Коулмана с представителем региональной ассоциации производителей показал, что в последние годы PAT+ более популярен, чем CP4 EPSPS+. Это может быть результатом увеличения числа сорняков, устойчивых к глифосату, которые развились за прошедшие десятилетия. В настоящее время в США 17 видов сорняков устойчивы к глифосату, тогда как только три вида устойчивы к глюфосинату. Кроме того, большие популяции дикой канолы демонстрируют смесь фенотипов устойчивости, что соответствует повторяющимся случаям опадения и разносу семян – это поддерживает ускользнувшие популяции рапса на транзитных маршрутах. В совокупности, эти результаты подтверждают идею о том, что сбежавшие популяции динамичны и сохраняются при отборе, а также при неоднократном повторном введении новых семян каждый вегетационный сезон. Отбирая образцы вдоль транспортных маршрутов, мы, несомненно, создали предвзятость в сторону обнаружения последствий разлива семян. Будущие исследования должны проводить выборку дальше и включать прибрежные районы и луга», - пишут авторы в своем исследовании.
Почти четверть одичавшей ГМО-канолы, собранной исследователями, потеряла устойчивость вместе со своими трансгенами, в течении времени рост популяций с утраченными трансгенами увеличивался с 19,9% в 2010 году до 24,2% в 2021 году.
Однако, это не является поводом для оптимизма, подчеркивают авторы. В настоящее время имеются доказательства существования самоподдерживающихся одичавших популяций ГМО-канолы за пределами культивирования в шести странах: США, Японии, Канаде, Швейцарии, Аргентине и Нидерландах, но подробный анализ на уровне популяции, необходимый для оценки рисков, не является полноценным. Структура и динамика этих популяций, а также риски, которые они представляют, заслуживают дальнейшего изучения.
По статье группы авторов (Стивен Э. Трэверс, Д. Брайан Бишоп, Синтия Л. Сагерс), опубликованной в journals.plos.org.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.