Устойчивость к насекомым

Для борьбы с насекомыми-вредителями в растениеводстве используются химические средства — инсектициды. Однако они оказывают вредное воздействие на полезных насекомых, загрязняют окружающую среду; кроме того, насекомые довольно скоро приспосабливаются к ним. Известно свыше 400 видов насекомых, устойчивых к используемым инсектицидам. Поэтому все большее внимание привлекают биологические средства борьбы, обеспечивающие строгую избирательность действия и отсутствие адаптации насекомых-вредителей к применяемому инсектициду.

Давно известна бактерия Bacillus thuringiensis, продуцирующая белок, высокотоксичный для многих видов насекомых и в то же время безопасный для млекопитающих. Этот прототоксин (Cry-белок, гены которого локализованы на плазмидах) в кишечнике насекомых протеолитически расщепляется и превращается в токсин (5-токсин, или дельта-токсин), убивая их. Активированный токсин специфично связывается с рецепторами в средней кишке насекомых, что приводит к лизису клеток кишечного эпителия. Взаимодействие токсина с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации «токсин — насекомое».

В природе найдено большое количество штаммов В. thuringiensis, чьи эндотоксины действуют только на определенные виды насекомых. Препараты В. thuringiensis в течение десятилетий использовали для контроля численности насекомых на полях. Безопасность токсина и его составных белков для человека и других млекопитающих полностью доказана.

Встраиванием гена эндотоксина в геном растений (табак, картофель, томаты, хлопчатник, кукуруза, рис, рапс, тополь и др.) были получены трансгенные растения (Bt-растения — от В. thuringiensis), не поедаемые насекомыми (например, картофель, устойчивый к колорадскому жуку), что позволило отказаться от применения инсектицидов (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Получение трансгенных растений хлопка с геном bt, несущим устойчивость к насекомым (по Л. А. Лутовой, 2000).

В Северной Америке картофель со встроенным геном cry IIIA (с токсичными для колорадского жука свойствами) получил широкое распространение. В настоящее время полевые испытания трансгенного картофеля проводятся в России.

Получены трансгенные растения табака, способные синтезировать токсин. Такие растения устойчивы к поеданию гусеницами Manduca sexta: последние погибали в течение трех суток контакта с токсинпродуцирующими растениями. Токсинообразование и обусловленная им устойчивость к насекомым передавались по наследству как доминантный признак.

Трансформация генами эндотоксина, выделенными из генома В. thuringiensis, растений томата вызывает у них защитный эффект, сопоставимый с использованием инсектицидных препаратов.

В настоящее время Bt-растения хлопка и кукурузы занимают основную долю в общем объеме производства генетически модифицированных растений этих культур в США.