Новыя інструменты і падыходы могуць даць устойлівыя да каларадскага жука гатункі

Каларадскі жук - галоўны шкоднік у Паўночнай Амерыцы, які можа знізіць ураджай бульбы на 30-50%, калі яго не праверыць. Гістарычна кантроль у асноўным абапіраўся на выкарыстанне пестыцыдаў, але ў большасці асноўных класаў сінтэтычных інсектыцыдаў паведамляецца пра адмову хімічнага кантролю супраць каларадскага жука. 

у 1980-х гадах мы ведалі, што дзікі від з Аргенціны Solanum chacoense быў вельмі ўстойлівы да каларадскага жука. Амерыканскія і канадскія селекцыянеры спрабавалі выводзіць гатункі, устойлівыя да жукоў, але цяжка перадаць моцную ўстойлівасць, якую мы назіраем у дзікіх сваякоў, у камерцыйныя гатункі. 

Універсітэт штата Мічыган пайшоў па слядах папярэдніх даследчыкаў бульбы і больш за дзесяць гадоў працуе над гэтай задачай, выкарыстоўваючы інструменты даследаванняў, аптымізаваныя ў бульбе, такія як геноміка і рэдагаванне генаў. Камбінаванне гэтых інструментаў з новай стратэгіяй селекцыі, якая спрашчае развядзенне бульбы, дазволіла нам дасягнуць поспехаў, якія ўмацоўваюць устойлівыя да жукоў гатункі.

Сваякі дзікай бульбы, натуральна, ствараюць уласныя інсектыцыдныя злучэнні, каб не дапускаць шкоднікаў, такіх як каларадскі жук. Розныя дзікія віды атрымліваюць унікальныя версіі гэтых злучэнняў, вядомых як глікаалкалоіды. Некаторыя з іх настолькі эфектыўныя, што выклікаюць смяротнасць лічынак каларадскага жука і рэзка памяншаюць кармленне дарослых жукоў. 

Выпрацоўка глікаалкалоідаў у лісці бульбы карысная для засцярогі ад галодных жукоў, але ўжыванне вялікай колькасці глікаалкалоідаў можа выклікаць неспрыяльны ўплыў на здароўе чалавека. Па гэтай прычыне прафесар Дэвід Даўч і аспірантка Наталі Кайзер з Універсітэта штата Мічыган працуюць над стварэннем гатункаў бульбы, якія сінтэзуюць магутны глікаалкалоід, які называецца лептынам, толькі ў лісці бульбы.

Параўнаўшы хімічны профіль сотняў асобных бульбаў з іх устойлівасцю да каларадскага жука на полі, Кайзер таксама знайшоў хімічныя прыкметы, якія маглі прадказаць палявыя паказчыкі. Гэта азначае, што селекцыянеры могуць выбраць устойлівую бульбу з простым хімічным вымярэннем, а не праводзіць палявыя выпрабаванні.

Даследчыкі спрабавалі ўвесці ў вытворчасць бульбы моцнадзейныя глікаалкалоіды лептыну і сутыкнуліся з некалькімі перашкодамі. Для пачатку існуе вялікая колькасць генаў, якія кіруюць тыпамі і колькасцю глікаалкалоідаў, якія будзе вырабляць любы гатунак бульбы. Атрыманне дакладнай камбінацыі генаў мае вырашальнае значэнне. Каб лепш адсочваць усіх генетычных гульцоў, лабараторыя Душа правяла секвенцыю цэлага геному гэтай дзікай бульбы, устойлівай да каларадскага жука і схільнай шкоднікам. Затым Кайзер вызначыў ключавыя змены на ўзроўні ДНК паміж бульбай, якія тлумачылі адрозненні ў іх хімічным профілі і сімпатыі каларадскага жука.

Цяпер, калі мы ведаем набор генаў, неабходны для таго, каб зрабіць расліна бульбы ўстойлівым, наступнай задачай з'яўляецца перанос усіх генаў у гатунак бульбы з іншымі добрымі характарыстыкамі, напрыклад, высокім ураджаем і жаданым знешнім выглядам клубняў, шляхам перакрыжаванага апылення. Гэты працэс ускладняецца тым, што ў гатункаў бульбы па чатыры копіі кожнага гена. Каб зрабіць справы больш складанымі, кожная з чатырох копій можа мець розную версію гена. Цяжка пераканацца, што ўсе чатыры копіі генаў, якія нас цікавяць, з'яўляюцца патрэбнай копіяй, неабходнай для ўстойлівасці.

Адна з стратэгій пераадолення гэтай праблемы - праца з бульбай, якая, натуральна, мае толькі дзве копіі кожнага гена, якія вядомыя як дыплоідныя бульбы. Многія сваякі дзікай бульбы, у тым ліку тыпы каларадскіх жукоў, якія вырабляюць лептын, з'яўляюцца дыплоідамі. Шляхам самаапылення Кайзер здолеў развіць выведзеныя дыплоідныя лініі з моцнай устойлівасцю да каларадскага жука. Гэтыя дыплоідныя выведзеныя лініі спрашчаюць працэс размнажэння, паколькі прыкметы атрымліваюцца сапраўднымі, як два бацькі ў гібрыдзе кукурузы. Мы можам прасцей адсачыць, як гены, якія ўплываюць на ўстойлівасць жукоў, успадкоўваюцца, бо ведаем, што копія кожнага гена перадаецца іх нашчадкам.

Захапляльна, гэта першыя выведзеныя лініі, выбраныя па пэўнай прыкмеце ўстойлівасці ў бульбе! Мы перайшлі гэтыя лініі да нашых лепшых селекцыйных ліній. У 2021 годзе каманда МДУ правядзе скрынінг нашчадкаў гэтых крыжоў у полі і паспрабуе выявіць асобін, якія валодаюць добрымі характарыстыкамі клубняў у спалучэнні з устойлівасцю да жукоў. Працуючы з інбрыднымі лініямі, мы таксама можам пачаць складаць супраціў жукоў з іншымі рысамі, напрыклад, устойлівасцю да хвароб. 

Акрамя таго, у гэтай больш простай генетычнай сістэме лабараторыя Душа выкарыстоўвае такія сучасныя генетычныя інструменты, як рэдагаванне геному. Кайзер выкарыстоўвае рэдагаванне геному для выбарачнага выключэння генаў альбо па адным, альбо ў камбінацыі, каб вызначыць, ці патрэбныя яны для абароны раслін. Важна адзначыць, што гэты метад адключае гены, якія натуральна знаходзяцца ў бульбе, і чужародныя гены не ўводзяцца. 

Паколькі каларадскі жук вядомы тым, што хутка пераадольвае нават самыя шкодныя пестыцыды, Душ рэкамендуе ўкараніць устойлівасць гэтай расліны-гаспадара ў схему IPM, каб падоўжыць жыццё гэтага каштоўнага інструмента.

- Дэйв Дус, кандыдат медыцынскіх навук, з'яўляецца прафесарам кафедры раслінных, глебавых і мікробных навук Універсітэта штата Мічыган. Больш за 30 гадоў ён кіраваў праграмай селекцыі і генетыкі бульбы МДУ. Наталі Кайзер - кандыдат навук кандыдат у кафедру раслінных, глебавых і мікробных навук МДУ, якая вывучае селекцыю і генетыку бульбы.

/ навука і адукацыя /