Генномодифицированный хлопок
Передовые достижения науки позволяют использовать самые разнообразные подходы для решения практических задач. В сельском хозяйстве для борьбы с сорняками традиционно используются гербициды - химические вещества, убивающие вредные растения. Однако, в последнее время многие виды сорняков выработали иммунитет к химикатам, и ученые ищут другие пути борьбы с ними. Одним из таких успешных альтернативных методов является недавно разработанная система удобрений. Она обеспечивает питанием посевы хлопчатника, одновременно лишая пищи сорняки. Исследования и эксперименты провели в “Texas A&M AgriLife Research” - это совместный проект техасского университета и американских государственных агентств. Результаты работы были опубликованы в журнале «Научные исследования национальной академии наук» 4 июня.
Новая система предлагает использовать в качестве удобрения на хлопковых полях фосфит, а сами культуры генномодифицировать, внедрив ген, который позволяет растению выделять фосфор из фосфита, в то время как сорняки не в состоянии его переработать.
Патрик Стовер (Patrick Stover) - один из руководителей лаборатории - рассказал, что эти исследования решают проблему стоимостью миллиарды долларов. Получилось экономичное, экологически безопасное и устойчивое решение для сельского хозяйства. Это весьма своевременное открытие, сделанное в тот момент, когда война фермеров с сорняками принимает затяжной и бесперспективный характер - вредные растения эволюционируют быстрее, чем человечество создает новые химикаты для их уничтожения.
Ученые говорят, что их система “ptxD/фосфит” является одной из самых перспективных новейших биотехнологий в сельском хозяйстве. Селективное удобрение фосфитом позволяет хлопковым культурам беспрепятственно расти за счет наличия экспрессирующего гена ptxD, в то время как сорняки, лишившись питания, подавляются безо всяких гербицидов.
Фосфор - один из главных химических элементов, необходимых всем организмам - жизнь без него невозможна. Большинство растений могут добывать его из ортофосфатов - солей ортофосфорной кислоты. В то время как фосфиты - соли фосфористой кислоты, остаются нетронутыми. Ученые задумались, как сделать так, чтобы культурные растения могли питаться фосфитами - тогда сорняки, не имея жизненно важного элемента - погибали бы самостоятельно.
У некоторых организмов существует уникальная возможность добывать фосфор из фосфитов - за это отвечает ген ptxD. Пересадив его хлопку, ученые наделяют его возможность получать питание важным элементом принципиально отличным от сорняков способом. Таким образом появляется эффективная система подавления роста сорняков, которые не могут использовать эту форму фосфора.
Международная исследовательская группа из множества ученых с финансовой поддержкой производителей хлопчатника успешно справилась с поставленной перед ними задачей. Устойчивость сорняков к гербицидам и борьба с сорняками - это проблемы номер 2 и номер 3 в сельском хозяйстве при выращивании данной культуры. На первом месте стоят затраты на посадку.
Сорняки обычно приходится выпалывать вручную или уничтожать химическими веществами. Первое весьма трудоемко и финансово затратно, второе становится все менее эффективным из-за растущего числа устойчивых к гербицидам сорняков при небольшом количестве альтернативных химикатов. К тому же это весьма вредно для окружающей среды. За прошедшие годы стало совершенно ясно, что необходимы новые стратегии борьбы с сорняками для поддержания уровня производства в сельском хозяйстве
Устойчивость растений к гербицидам проблема не только Соединенных Штатов, но и всей мировой экономики, особенно страдают от этого производители хлопка, кукурузы и соевых бобов.
При отказе от гербицидов одновременно отпадает необходимость модифицировать культурные растения для того, чтобы они были устойчивыми к ним. Ведь мало полить поле химикатами, нужно, чтобы посевы были невосприимчивыми к этим ядам, в отличие от сорняков. С новой системой переработки фосфора делается все тоже самое, только без использования отравы, а с применением удобрений - это гораздо приятнее.
Помимо этого, ученые модифицировали хлопковые растения, с целью уменьшения уровня госсипола в семенах, это природное вещество противостоит вредителям, однако его наличие в хлопковом масле, получаемом из семян, вредно. Госсипол ухудшает спермотогенез и используется как оральные мужские контрацептивы, присутствие его в масле не всем желательно.
Селективный маркерный ген ptxD был получен из бактерий вида Pseudomonas stutzeri, он кодирует фермент, который превращает фосфит в ортофосфат - обычную метаболизируемую форму фосфора, поглощаемую растениями.
Эксперименты показали, что система оказалась весьма эффективной в подавлении роста резистентного к глифосату (распространенный гербицид общего действия) сорняка Amaranthus palmeri. Это растение начало сопротивление современным технологиям борьбы с сорняками около 10-15 лет назад и пока что побеждает. Однако при применении системы с фосфитом быстрый рост хлопка подавляет остальных конкурентов, лишенных фосфора.
Весьма маловероятно, что сорняки получат возможность использовать фосфит в качестве источника фосфора, для того, чтобы растение сделало это, один из генов должен будет пройти сложную совокупность множественных мутаций в своей последовательности ДНК - это вряд ли возможно в результате случайных мутаций, которые происходят во всех организмах.
Другой важный момент - это то, что, фосфит имеет более высокую растворимость и низкую способность связывать компоненты почвы. Таким образом, его применение на полях возможно при меньших концентрациях относительно обычных ортофосфатов, не снижая при этом урожайности.
Если фосфиты попадают с полей в ручьи и реки, а в конечном итоге в озера и моря, то водоросли также будут неспособны использовать его в качестве источника фосфора, тем самым предотвращается токсичной цветения фитопланктона, вредное для рыб и других животных водных экосистем.
Открытие со всех сторон отличное и перспективное, возможно оно поможет человечеству вообще отказаться от токсичных гербицидов - это гигантский прорыв в сельском хозяйстве, сделанный с помощью генной инженерии.
