Основной способ избавления от сорняков на поле остается прежним – опрыскивание гербицидами. Однако, сами сорняки изменились, многие из них вырабатывают устойчивость к агрохимикатам. Знание того, какие из сорных растений устойчивы, может сэкономить фермерам время и деньги, не применяя гербицид, который не сработает.
Генетик сорняков из Мичиганского государственного университета Эрик Паттерсон работает над более быстрым выявлением сорняков, устойчивых к гербицидам, с акцентом на соевые поля. Суть работы – разработка инструмента молекулярной диагностики.
«Текущий процесс, используемый фермерами для выяснения устойчивости сорняков к гербицидам, заключается в отправке семян сорняков, выживших после обработки гербицидами, в клинику диагностики сорняков. В Мичиганском университете этим занимается Эрин Хилл - один из немногих преданных своему делу специалистов по диагностике сорняков в стране. Когда она получает семена сорняков осенью, то выращивает растения и проводит анализ «доза-реакция». Затем проводит опрыскивание сорняков увеличивающимися дозами гербицида, чтобы увидеть, на каком уровне растение погибнет. Проще говоря, если количество превышает дозу, разрешенную для распыления на поле, сорняк считается устойчивым. На прохождение этого процесса может уйти до года», - рассказывает объясняет Паттерсон.
Исследовательский проект Паттерсона изучает, может ли обнаружение генетической устойчивости предсказать, будет ли гербицид эффективным или нет.
«У нас есть ряд лабораторных методов, с помощью которых мы смотрим на извлеченный ДНК-код сорняка. Если определенный образец ДНК изменился или мутировал, мы можем сказать, устойчив он или нет, без необходимости выращивать семена или опрыскивать чем-либо. Этот процесс занимает около трех-четырех дней между получением ткани растения и получением результатов», поясняет исследователь.
В этом своем он и аспирант Джулиано Сульцбак сосредоточились на пяти известных видах сорняков из Мичигана: щирице бугорчатой, «водяной конопле», амаранте Палмера, мелколепестнике канадском, или конизе, амброзии обыкновенной и гигантской, а также на их реакциях на ингибирующие ALS гербициды. Эти гербициды ингибируют ацетолактатсинтазу, или ALS, фермент в сорняках, не давая растению производить незаменимые аминокислоты, что прерывает рост растений. Устойчивость к этому типу гербицидов почти всегда вызвана мутацией гена, которая хорошо охарактеризована у большинства видов сорняков, что делает ее признаком, с которым легко работать. Они также работали с мутациями устойчивости к глифосату у амаранта и разработали для них быструю молекулярную диагностику.
Сульцбак секвенировал около 200 образцов растений, чтобы определить, есть ли у них мутация гена, и задокументировать ее частоту на полях сои в Мичигане. Он смог достичь более чем 90% точности по конизе, амброзии полыннолистной, водяной конопле и амаранту Палмера с помощью этого молекулярного тестирования. Другими словами, ученые смогли правильно определить, была ли мутация устойчивости к гербицидам-ингибиторам ацетолактатсинтазы или нет у 90% особей этих четырех видов сорняков.
Паттерсон и его команда начали эту работу в разгар пандемии COVID-19, что создало непредвиденные препятствия.
«Когда мы начинали этот проект, мы попросили фермеров по всему штату присылать нам образцы сорняков по почте. Мы не ожидали, что почта будет работать медленнее в это время, - комментирует Паттерсон. - Мы получили растения, которые сгнили и превратились в кашу. Мы попробовали провести тесты с деградировавшим материалом, и нам все равно удалось диагностировать около 50–60% из них. Но со свежей тканью наши результаты находятся в диапазоне 90%».
Команда проводила работу до 2022 сельскохозяйственного года при финансировании соевого комитета Мичигана, программы маркетинга кукурузы Мичигана и проекта GREEEN университета Мичигана. Теперь Паттерсон надеется расширить эту работу, чтобы изучить устойчивость к различным гербицидам у других видов сорняков в северно-центральном регионе США.
«Поскольку устойчивость к гербицидам-ингибиторам ацетолактатсинтазы известна, мы теперь работает с такими аспектами, как устойчивость к 2,4-Д и дикамбе, поскольку существуют новые свойства сои для этих химических веществ. Это сложнее, потому что мы не обязательно знаем молекулярные механизмы, но аналогично хотим создать инструменты молекулярной диагностики и использовать их», заключил исследователь.
Если исследования Паттерсона окажутся успешными, выявление сорняков, устойчивых к гербицидам, может стать гораздо более быстрым и когда-нибудь, возможно, будет осуществляться в полевых условиях, что значительно упростить работу фермеров.
Источник: Michigan State University. На фото аспирант Мичиганского государственного университета Джулиано Сульцбак извлекает ДНК из образцов сорняков, взятых с соевого поля в Мичигане. Автор фото: Эрик Паттерсон.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.