Monitorovanie a riadenie rezistencie pri udržateľnom využívaní Bt toxínov - projektová databáza

Hlavná navigácia

  • Domovská stránka
  • Aktuálne
  • zameranie
  • debata
  • výskum
  • Výskum naživo
  • Databáza projektov
  • spolužitie
  • škola
  • Stlačte
  • Knižnica médií
  • Vľavo
  • Slovník
  • Nový
  • archív

(2002 - 2006) RWTH Aachen, Inštitút pre výskum životného prostredia (BiologieV) Predseda pre ekológiu, ekotoxikológiu a ekchémiu (koordinácia)

rezistencie

téma

Geneticky modifikovaná Bt kukurica vytvára Bt toxín, ktorý ju robí odolnou voči určitému škodlivému hmyzu. Tento projekt sa týka kukurice Bt, ktorá je účinná proti kukurici európskej a stredomorskej (ECB, Ostrinia nubilalis; MCB, Sesamia nonagrioides; CB = kukuričná kukurica).

Ak sa Bt kukurica pestuje na veľkej ploche, mohol by si škodca vyvinúť rezistenciu na Bt toxín.

Údaje o populáciách vijačky kukuričnej sa zhromaždili ako základ pre plán riadenia rezistencie. To by mohlo sprevádzať zavedenie Bt kukurice v Európe a zabezpečiť jej bezpečné a udržateľné používanie.

Dvanásť partnerov z ôsmich krajín (ES, FR, I, SK, GR, DE, AU a USA) bolo zapojených do spoločného projektu EÚ, ktorý bol ukončený v apríli 2006. V Nemecku, okrem RWTH Aachen (koordinácia), SLFA Neustadt, MPI Jena a Fraunhoferov inštitút IME, Schmallenberg.

Zhrnutie

V celej EÚ sa zisťovala citlivosť, takzvaná citlivosť vrtákov európskych na kukuricu voči Bt toxínom. Pre porovnávacie vyšetrenia v prípade možného odporu je k dispozícii databáza a vzorová databáza, ktoré vytvorili ECB a MCB. Pre plán riadenia rezistencie na zavedenie transgénnej Bt kukurice do EÚ sa vyvodili tieto závery:

  • Citlivosť škodcov je v celej EÚ porovnateľná.
  • Tok génov je dostatočný na takzvané „vysoké dávky“ riadenia utečencov (HDR). Na účely monitorovania stačí preskúmať menej populácií na krajinu ako reprezentatívnych populácií.
  • Gény recesívnej rezistencie na Bt toxíny sú v európskych populáciách zriedkavé, pod úrovňou 10 -3. Pomocou databázy bolo možné upraviť riadenie odporu, ak sa vyskytnú prvé odpory.
  • Znalosti o možných mechanizmoch tvorby rezistencie sa dajú využiť pri liečbe rezistencie. Môže sa napríklad odporučiť kombinácia dvoch špecifických Bt toxínov.

Popis experimentu

Vyšetrovanie európskych populácií kukurice obyčajnej

Boli odobraté vzorky populácií kukuričiara európskeho. ECB bola zhromaždená v Taliansku, Francúzsku, Nemecku, Španielsku, na Slovensku a v Grécku; MCB iba v Španielsku a Grécku.

Citlivosť/odolnosť lariev. Na vyšetrenie citlivosti lariev sa larvy pestovali v laboratóriu a podrobili sa umelej výžive s rôznymi koncentráciami proteínu Cry1Ab. Laboratórne kultúry sa rozdelili, aby sa detegovali rezistentné larvy, a udržovali sa s selekciou aj bez selekcie pôsobením Bt toxínu.

Tok génov. Tok génov bol stanovený a porovnaný v rámci krajiny (v Nemecku a Španielsku), ako aj v rámci Európy (Nemecko, Taliansko, Francúzsko, Slovensko, Rumunsko a Grécko) pomocou rôznych techník (AFLP, RAPD atď.).

V Nemecku, Francúzsku a na Slovensku boli európski kukuričníci označení, prepustení a znovu chytení s cieľom študovať výmenu génov vypožičiavačov kukurice medzi kukuričnými poliami.

Monitorovanie možných génov rezistencie. Potenciálne gény rezistencie je ťažké určiť skôr, ako budú známe. Bola použitá veľmi namáhavá monitorovacia metóda (F2-Screen), pomocou ktorej je možné detegovať vzácne gény recesívnej rezistencie.

Charakterizácia mechanizmov odporu

Bt proteíny sa štiepia - a teda aktivujú - pomocou špeciálnych enzýmov v črevnej šťave z lariev hamburgerov, takzvaných proteáz, a potom sa viažu na špecifické receptory v črevnej stene. Nakoniec dôjde k integrácii do membrány a k tvorbe pórov. To perforuje črevnú stenu, čo vedie k smrti hmyzu. Odolnosť hmyzu voči Bt toxínom môže začať ktorýmkoľvek z týchto krokov.

Odpor sprostredkovaný proteázami. Trypsíny pravdepodobne hrajú úlohu v rezistencii sprostredkovanej proteázami. Preto bol v strede čreva lariev MCB skúmaný výskyt trypsínov a aktivita génov pre enzýmy podobné trypsínu.

Štúdie pripojenia s Bt toxínmi. Väzbové správanie rôznych značených Bt toxínov (Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1Ca a Cry1Fa) sa skúmalo na takzvaných „vezikulách membrány kefkovej hranice“ (BBMV). Sú to časti steny čreva izolované z lariev, na ktoré sa toxíny viažu. Rezistentné kmene (z laboratórneho chovu v USA) sa porovnali s citlivými kmeňmi. Ďalej bola skúmaná tvorba pórov aktívnych toxínov Cry1 Bt na BBMV (meranie potenciálov v membráne).

Výsledky

Zaznamenávanie európskych populácií kukurice obyčajnej

Vzorky celoeurópskej zbierky rôznych populácií ECB a MCB sú k dispozícii ako referenčný materiál vo vzorkovej banke (Fh-IME).

Citlivosť/odolnosť lariev. Citlivosť škodcov (LC50) bola - s výnimkou Španielska - všade porovnateľná. Menšie rozdiely v citlivosti sa pripisovali prirodzeným variáciám a možnej strate aktivity toxínov, napríklad v dôsledku výmeny medzi vedcami (odoslanie).

Na Slovensku, rovnako ako v Českej republike, sa prežili larvy zhromaždené v Bt kukurici a pestovali sa v laboratóriu. Zistilo sa, že tieto larvy zhromaždené v teréne boli v laboratóriu citlivé na materiál Bt. To znamená, že larvy neboli rezistentné, ale prežili, pretože malé percento rastlín v Bt kukurici netvorilo žiadny Bt toxín.

Pri pokusoch o vytvorenie umelej rezistencie v laboratóriu sa citlivosť lariev ECB, v závislosti od dávky toxínu, znížila po niekoľkých generáciách (štyri až osem generácií s vysokou dávkou toxínu a po 23 generáciách s nízkou dávkou toxínu). V prípade lariev MCB iba španielsky kmeň vykazoval zníženie citlivosti, zatiaľ čo grécky kmeň nevykazoval žiadne zmeny. To sa pripisovalo rozdielom v toxíne.

Infekcia lariev mikrosporídiami nemení citlivosť lariev (ECB) ani poškodenie kukurice.

Tok génov. Medzi jednotlivými populáciami kukuričného kukurice boli len malé rozdiely. To ukazuje, že tok génov je dostatočne veľký na takzvané „vysokodávkové“ riadenie utečencov (HDR). Preto je potrebných iba niekoľko populácií na krajinu alebo geograficky podobný región ako reprezentatívne populácie pre skríning alebo monitorovanie citlivosti.

Monitorovanie možných génov rezistencie. Neboli objavené žiadne gény rezistencie na Bt kukuricu. To ukazuje, že gény recesívnej rezistencie sú v európskych populáciách zriedkavé (pod 10 -3). Vytvorená vzorka a databáza sa môžu použiť, ak by sa mali vyskytnúť odpory. Systém včasného varovania a riadenie odporu je potom možné prispôsobiť tak, aby sa ďalej zabezpečilo používanie kukurice Bt.

Charakterizácia mechanizmov odporu

Odpor sprostredkovaný proteázami. V strede čreva lariev MCB sa našli štyri rôzne proteázy podobné trypsínu a ich gény. Citlivosť aktivity trypsínu na špecifické inhibítory proteázy sa mení v rôznych štádiách lariev. Pomer enzýmov navzájom sa tiež mení v závislosti od štádia lariev. Takéto zmeny môžu hrať úlohu v proteázou sprostredkovanej rezistencii na Bt kukuricu.

Štúdie pripojenia s Bt toxínmi. Aspoň u jedného laboratórneho kmeňa (USA) bola súčasná rezistencia spojená so zmenenou väzbou na receptor, aj keď presný mechanizmus nie je jasný.

Cry1Aa, Cry1Ab a Cry1Ac zdieľajú jedno väzbové miesto, zatiaľ čo Cry1Ca a Cry1Fa sa viažu na iných miestach. Na spomalenie vývoja rezistencie sa preto odporúča kombinácia Cry1Ab a Cry1Fa.

Je možné preukázať, že CrylAb a CrylFa zvyšujú permeabilitu membrány pre draslík in vivo. To sa pre Cry1Da nenašlo. Ukázalo sa tiež, že aktívne toxíny ovplyvňujú aj transport aminokyselín.