Вчені розкрили механізми стійкості бур'янів до гербіцидів

Міжнародна група вчених здійснила прорив у вивченні бур'янів, що завдають значних збитків сільському господарству. Дослідники з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн та їхні партнери секвенували геноми трьох агресивних видів амарантових бур'янів: щирицю Палмера (Amaranthus palmeri), щирицю загострену (Amaranthus retroflexus) та щирицю гібридну (Amaranthus hybridus). Отримані дані розкривають ключові механізми, які допомагають цим рослинам виживати, попри застосування гербіцидів.

Дослідження є важливим кроком у розробці нових методів боротьби з бур'янами. Відомо, що щириця Палмера та інші види цього роду мають високу стійкість до широкого спектра гербіцидів, що ускладнює контроль над їх поширенням. Науковці виявили, що одна з головних причин цієї стійкості — здатність бур'янів детоксикувати діючі речовини гербіцидів за допомогою спеціальних генів.

Однією з головних знахідок дослідження стала роль ферментів із родини цитохромів P450. Ці білки допомагають бур'янам швидко розкладати хімічні речовини гербіцидів, перш ніж ті зможуть завдати шкоди рослинам. Оскільки щириця має сотні подібних генів, вченим було складно визначити, які саме з них відповідають за стійкість. Завдяки секвенуванню тепер можна систематично аналізувати ці гени та встановлювати, до яких саме гербіцидів бур'яни розвивають резистентність.

Щириця Палмера, яка є одним із найпроблемніших бур'янів, виявилася особливо цікавою для дослідників. Вони зосередилися на вивченні її стійкості до гліфосату — одного з найпоширеніших гербіцидів. З’ясувалося, що цей вид має унікальну генетичну особливість: ген стійкості до гліфосату міститься у великому кільцевому фрагменті ДНК, який не прив’язаний до жодної хромосоми.

Попередні дослідження вже натякали на існування такого механізму, але тепер вчені змогли простежити його походження. Виявилося, що один єдиний еволюційний випадок — включення гена в кільцеву структуру — став причиною глобального поширення резистентності до гліфосату у щириці Палмера. Аналіз генетичних зразків із Північної та Південної Америки підтвердив, що ця структура майже повністю зберігається у всіх вивчених популяціях бур'яну.

Ще одним важливим аспектом роботи стало вивчення генів, пов’язаних із визначенням статі у щириці Палмера. Це дослідження триває вже кілька років, оскільки вчені прагнуть знайти спосіб генетичного контролю над розмноженням бур'яну. В останньому експерименті вони ідентифікували два гени на третій хромосомі, які, ймовірно, відповідають за чоловічу стать. Якщо ці гени будуть підтверджені, дослідники зможуть розробити так званий «генний драйв» — технологію, яка сприятиме народженню лише чоловічих особин у популяціях бур'яну. Це могло б поступово призвести до повного зникнення рослин, оскільки без жіночих особин вони не зможуть розмножуватися.

Дослідження має також важливе значення для Міжнародного консорціуму з геноміки бур'янів (IWGC), який займається створенням референтних геномів проблемних рослин. Консорціум забезпечує відкритий доступ до цих даних, що значно прискорює подальші дослідження в цій галузі.

Раніше науковці вже використали подібний підхід для вивчення іншого амарантового бур’яну — щириці водяної (Amaranthus tuberculatus), яка розповсюджена на полях США. Дослідження показало, що цей вид виробляє різні стратегії резистентності до гербіцидів 2,4-D та дикамби, навіть якщо вони мають однаковий механізм дії.

Науковці впевнені, що завдяки відкритим геномним ресурсам швидкість нових відкриттів лише зростатиме. Розуміння механізмів резистентності дозволить фермерам використовувати більш ефективні методи контролю бур'янів і уникати безрезультатного застосування хімічних засобів.