Skadedyr tilpasser sig genetisk modificerede afgrøder på uventede måder, har forskere opdaget. Resultaterne understreger vigtigheden af nøje overvågning og modvirkning af skadedyrsbestandighed over for biotek-afgrøder.
Modstand af bomuldsbolorm mod insektdrabende bomuldsplanter involverer mere forskellige genetiske ændringer end forventet, rapporterer et internationalt forskerteam i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
Larver af bomuldsbolormen, Helicoverpa armigera, lever af mange forskellige planter og udgør en alvorlig trussel mod bomuldsopdræt. (Foto af Gyorgy Csoka)
For at reducere spray af bredspektrede insekticider, der kan skade andre dyr end mål skadedyrene, er bomuld og majs genetisk konstrueret til at producere toksiner, der stammer fra bakterien Bacillus thuringiensis, eller Bt.
Bt-toksiner dræber visse insektskadedyr, men er ufarlige for de fleste andre skabninger, herunder mennesker. Disse miljøvenlige toksiner er blevet brugt i årtier i spray af organiske producenter og siden 1996 i konstruerede Bt-afgrøder af almindelige landmænd.
Over tid har forskere lært, oprindeligt sjældne genetiske mutationer, der giver resistens over for Bt-toksiner, bliver mere almindelige, når et voksende antal skadedyrbestande tilpasser sig Bt-afgrøder.
I den første undersøgelse for at sammenligne, hvordan skadedyr udvikler resistens over for Bt-afgrøder i laboratoriet mod marken, opdagede forskere, at selvom nogle af de lab-valgte mutationer forekommer i de vilde populationer, er nogle mutationer, der adskiller sig markant fra dem, der ses i lab er vigtige i marken.
Larver af bomuldsbolormen, Helicoverpa armigera, kan knaske på en lang række planter, før de fremstår som møll. Denne art er den største bomuldsskadedyr i Kina, hvor undersøgelsen blev udført.
Bruce Tabashnik, leder af afdelingen for entomologi ved University of Arizona College of Agriculture and Life Sciences, som var medforfatter til undersøgelsen, betragter resultaterne som en tidlig advarsel til landmænd, regulerende agenturer og biotek-industrien.
Bruce Tabashnik, leder af UA-afdelingen for entomologi, samarbejder med kinesiske forskere om overvågning og modvirkning af skadedyrsbestandighed mod genetisk konstruerede afgrøder, som drastisk har reduceret insekticidspray. (Foto af Beatriz Verdugo / UANews)
”Forskere forventede, at insekterne ville tilpasse sig, men vi er lige ved at finde ud af, hvordan de bliver resistente i marken,” sagde Tabashnik.
For at undgå overraskelser har forskere udsat bomuldsbolgeformpopulationer til Bt-toksiner i kontrollerede laboratorieeksperimenter og studeret de genetiske mekanismer, som insekterne tilpasser sig.
”Vi prøver at være foran spillet,” sagde han. ”Vi ønsker at forudse, hvilke gener der er involveret, så vi proaktivt kan udvikle strategier til at opretholde effektiviteten af Bt-afgrøder og reducere afhængigheden af insekticidsprays. Den implicitte antagelse er, hvad vi lærer af lab-valgt modstand, der vil gælde i feltet. ”
Denne antagelse var ifølge Tabashnik aldrig blevet testet før for modstand mod Bt-afgrøder.
For første gang indsamlede det internationale hold genetisk bevis fra skadedyr i marken, hvilket gjorde det muligt for dem direkte at sammenligne generne involveret i resistensen af vilde og labopædede populationer.
De fandt, at nogle modstandsfremmende mutationer i marken var de samme som i laboratorieopdrættede skadedyr, men nogle andre var slående forskellige.
”Vi fandt nøjagtig den samme mutation i det felt, der blev fundet i laboratoriet,” sagde Tabashnik. ”Men vi fandt også mange andre mutationer, de fleste af dem i det samme gen og en i et helt andet gen.”
En stor overraskelse kom, da holdet identificerede to ikke-relaterede, dominerende mutationer i feltpopulationerne. "Dominant" betyder, at en kopi af den genetiske variant er nok til at give resistens over for Bt-toksin. I modsætning hertil er resistensmutationer, der er karakteriseret før fra laboratorieselektion, recessive - hvilket betyder, at det tager to kopier af mutationen, en leveret af hver forælder, for at gøre et insekt, der er resistent over for Bt-toksin.
”Dominant modstand er vanskeligere at håndtere og kan ikke let nedsættes med tilbagetagelser, hvilket er især nyttigt, når modstanden er recessiv,” sagde Tabashnik.
Refuges består af planter, der ikke har et Bt-toksinet og således tillader overlevelse af insekter, der er modtagelige for toksinet. Refuger plantes nær Bt-afgrøder med det formål at producere nok modtagelige insekter til at fortynde bestanden af resistente insekter ved at gøre det usandsynligt, at to resistente insekter parrer sig og producerer resistente afkom.
Ifølge Tabashnik virkede tilflugtsstrategien strålende mod den lyserøde bolorm i Arizona, hvor denne skadedyr havde plaget bomuldsbønder i et århundrede, men er nu mangelvare.
De dominerende mutationer, der blev opdaget i Kina, kaster en skruenøgle i tilflugtsstrategien, fordi resistente afkom stammer fra parring mellem modtagelige og resistente insekter.
En voksen bomullsbolormorm. (Foto af Ettore Balocchi)
Han tilføjede, at undersøgelsen vil give regulatorer og avlere mulighed for bedre at styre den nye resistens over for Bt-afgrøder.
”Vi har spekuleret og anvendt indirekte metoder til at prøve at forudsige, hvad der ville ske i marken. Først nu, hvor modstanden begynder at dukke op mange steder, er det muligt faktisk at undersøge modstanden i marken. Jeg tror, teknikkerne fra denne undersøgelse vil blive anvendt i mange andre situationer i hele verden, og vi vil begynde at udvikle en generel forståelse af det genetiske grundlag for resistens i marken. ”
Den aktuelle undersøgelse er del af et samarbejde finansieret af den kinesiske regering, hvor et dusin forskere involverede i fire institutioner i Kina og U.S. Yidong Wu ved Nanjing Landbrugsuniversitet designet undersøgelsen og ledede den kinesiske indsats. Han understregede vigtigheden af det igangværende samarbejde for at tackle modstandsdygtighed mod Bt-afgrøder, som er et vigtigt emne i Kina. Han påpegede også, at opdagelsen af dominerende modstand vil tilskynde det videnskabelige samfund til at revurdere flygtningestrategien.
Tabashnik sagde, at Kina er verdens øverste bomuldsproducent med ca. 16 milliarder pund bomuld om året. Indien er nummer to efterfulgt af USA, der producerer cirka halvdelen så meget bomuld som Kina.
I 2011 plantede landmænd over hele verden 160 millioner acres Bt-bomuld og Bt-majs. Procentdelen af bomuld plantet med Bt-bomuld nåede 75 procent i USA i 2011, men har oversteget 90 procent siden 2004 i det nordlige Kina, hvor det meste af Kinas bomuld dyrkes.
Forskerne rapporterer, at modstandsfremmende mutationer i bomuldsbolorm var tre gange mere almindelige i det nordlige Kina end i områder i det nordvestlige Kina, hvor der er dyrket mindre Bt-bomuld.
Selv i det nordlige Kina bemærker producenterne imidlertid ikke den nye resistens, sagde Tabashnik, fordi kun ca. 2 procent af bomuldsboltormene der er resistente.
”Som en avler, hvis du dræber 98 procent af skadedyrene med Bt-bomuld, ville du ikke bemærke noget. Men denne undersøgelse fortæller os, at der er problemer i horisonten. ”
Genudgivet med tilladelse fra University of Arizona.