Multi-toxin tanaman biotek bukanlah peluru perak, Peringatan Ilmuwan

strategi baru populer menanam tanaman rekayasa genetik yang membuat dua atau lebih racun untuk menangkis hama serangga bertumpu pada asumsi yang tidak selalu berlaku, peneliti UA telah menemukan. Studi mereka membantu menjelaskan mengapa satu hama utama berkembang resistensi jauh lebih cepat dari yang diperkirakan dan menawarkan ide-ide untuk pengendalian hama yang lebih berkelanjutan.

Sebuah strategi banyak digunakan untuk mencegah hama dari cepat beradaptasi dengan tanaman - melindungi racun mungkin gagal dalam beberapa kasus kecuali tindakan pencegahan lebih baik diambil , menunjukkan penelitian baru oleh University of Arizona ahli entomologi diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences .

Jagung dan kapas telah dimodifikasi secara genetik untuk memproduksi protein hama - membunuh dari bakteri Bacillus thuringiensis , atau Bt untuk pendek . Dibandingkan dengan semprotan insektisida yang khas , racun Bt yang dihasilkan oleh tanaman rekayasa genetika jauh lebih aman bagi manusia dan lingkungan , menjelaskan Yves Carrière , seorang profesor entomologi di UA Fakultas Pertanian dan Life Sciences yang memimpin penelitian .

Meskipun tanaman Bt telah membantu untuk mengurangi semprotan insektisida , meningkatkan hasil panen dan meningkatkan keuntungan petani , keuntungan mereka akan berumur pendek jika hama beradaptasi dengan cepat , kata Bruce Tabashnik , co - penulis studi dan kepala departemen UA entomologi . " Tujuan kami adalah untuk memahami bagaimana serangga berkembang resistensi sehingga kita dapat mengembangkan dan menerapkan lebih berkelanjutan , manajemen hama yang ramah lingkungan , " katanya . Tabashnik dan Carrière keduanya anggota UA BIO5 Institute .

Tanaman Bt pertama kali ditanam secara luas pada tahun 1996 , dan beberapa hama telah menjadi resisten terhadap tanaman yang menghasilkan Bt toksin tunggal . Untuk menggagalkan evolusi lebih lanjut dari daya tahan hama terhadap tanaman Bt , petani baru-baru ini bergeser ke " piramida " Strategi : setiap tanaman menghasilkan dua atau lebih racun yang membunuh hama yang sama . Seperti dilaporkan dalam penelitian ini , strategi piramida telah diadopsi secara luas , dengan dua - racun Bt kapas sepenuhnya menggantikan satu - toksin Bt kapas sejak 2011 di Amerika Serikat

Kebanyakan ilmuwan setuju bahwa tanaman dua - racun akan lebih tahan lama dibandingkan tanaman satu - toksin . Tingkat keuntungan dari strategi piramida , bagaimanapun, bertumpu pada asumsi yang tidak selalu terpenuhi , laporan penelitian . Menggunakan percobaan laboratorium , simulasi komputer dan analisis data eksperimen yang diterbitkan , hasil baru membantu menjelaskan mengapa satu hama utama telah mulai menjadi resisten lebih cepat daripada yang diantisipasi .

" Strategi piramida telah disebut-sebut sebagian besar atas dasar model simulasi , " kata Carrière . " Kami menguji asumsi yang mendasari model dalam percobaan laboratorium dengan hama utama jagung dan kapas . Hasil penelitian ini memberikan data empiris yang dapat membantu untuk meningkatkan model dan membuat tanaman lebih tahan lama . "

Salah satu asumsi penting dari strategi piramida adalah bahwa tanaman memberikan pembunuhan berlebihan , Carrière menjelaskan . " Pembunuhan Redundant dapat dicapai oleh tanaman menghasilkan dua racun yang bertindak dengan cara yang berbeda untuk membunuh hama yang sama , " katanya , " jadi, jika hama individu memiliki resistansi terhadap satu toksin , toksin lain akan membunuhnya . "

Dalam dunia nyata , hal-hal yang sedikit lebih rumit , tim Carrière menemukan keluar . Thierry Brévault , ilmuwan tamu dari Perancis , memimpin percobaan laboratorium di UA . Lembaga asalnya, Pusat Penelitian Pertanian untuk Pembangunan , atau CIRAD , yang sangat tertarik pada faktor-faktor yang dapat mempengaruhi daya tahan hama terhadap tanaman Bt di Afrika .

" Kami jelas tidak bisa melepaskan serangga resisten ke lapangan , jadi kami berkembang biak mereka di laboratorium dan membawa tanaman tanaman untuk melakukan percobaan makan , " kata Carrière . Untuk percobaan mereka , kelompok dikumpulkan kapas bollworm - juga dikenal sebagai Earworm jagung atau Helicoverpa zea - , satu spesies ngengat yang merupakan hama utama pertanian , dan dipilih untuk ketahanan terhadap salah satu racun Bt , Cry1Ac .

Seperti yang diharapkan , ulat tahan selamat setelah mengunyah tanaman kapas hanya menghasilkan racun yang . Kejutan datang ketika tim Carrière menempatkan mereka pada pyramided kapas Bt mengandung Cry2Ab selain Cry1Ac .

Jika asumsi pembunuhan berlebihan benar , ulat resisten terhadap toksin pertama harus bertahan hidup pada tanaman satu - toksin , tetapi tidak pada tanaman dua - racun , karena toksin kedua harus membunuh mereka , Carrière menjelaskan .

"Tapi pada tanaman dua - toksin , ulat yang dipilih untuk resistansi terhadap satu toksin bertahan jauh lebih baik daripada ulat dari strain rentan . "

Temuan ini menunjukkan bahwa asumsi penting dari pembunuhan berlebihan tidak berlaku dalam kasus ini dan juga dapat menjelaskan laporan yang menunjukkan beberapa populasi bidang kapas bollworm cepat berkembang resistensi terhadap kedua racun .

Selain itu, analisis tim dari data yang diterbitkan dari delapan spesies hama mengungkapkan bahwa beberapa tingkat resistansi silang antara Cry1 dan Cry2 racun terjadi di 19 dari 21 percobaan . Bertentangan dengan konsep pembunuhan berlebihan , resistansi silang berarti bahwa seleksi dengan satu toksin meningkatkan ketahanan terhadap toksin lainnya .

Menurut penulis studi tersebut , bahkan tingkat rendah resistansi silang dapat mengurangi pembunuhan berlebihan dan merusak strategi piramida . Carrière menjelaskan bahwa ini adalah terutama bermasalah dengan kapas bollworm dan beberapa hama lainnya yang tidak sangat rentan terhadap racun Bt untuk memulai.

Tim menemukan pelanggaran asumsi lain yang diperlukan untuk keberhasilan yang optimal dari strategi piramida . Secara khusus, warisan perlawanan terhadap tanaman hanya memproduksi toksin Bt Cry1Ac dominan , yang diharapkan dapat mengurangi kemampuan perlindungan untuk menunda perlawanan.

Perlindungan terdiri dari tanaman standar yang tidak membuat Bt racun sehingga memungkinkan kelangsungan hidup hama rentan . Dalam kondisi ideal , warisan perlawanan tidak dominan dan hama rentan muncul dari perlindungan sangat melebihi jumlah hama resisten . Jika demikian, perkawinan antara dua hama tahan yang dibutuhkan untuk menghasilkan keturunan resisten tidak mungkin . Tetapi jika warisan perlawanan dominan , seperti yang terlihat dengan kapas bollworm , perkawinan antara ngengat tahan dan ngengat rentan dapat menghasilkan keturunan resisten , yang mempercepat resistensi .

Menurut Tabashnik , asumsi yang terlalu optimis telah memimpin EPA untuk mengurangi persyaratan untuk penanaman perlindungan untuk memperlambat evolusi resistensi hama terhadap dua racun Bt tanaman .

Hasil baru harus datang sebagai wakeup panggilan untuk mempertimbangkan perlindungan yang lebih besar untuk mendorong perlawanan lebih jauh ke masa depan , Carrière menunjukkan . " Simulasi kami memberitahu kita bahwa dengan 10 persen dari areal yang disisihkan untuk perlindungan , resistensi berkembang cukup cepat , tetapi jika Anda menempatkan 30 atau 40 persen samping, Anda secara substansial dapat menunda hal itu. "

" Pesan utama kami adalah untuk menjadi lebih berhati-hati , terutama dengan hama seperti ulat kapas kapas , " kata Carrière . " Kita perlu lebih banyak data empiris untuk memperbaiki model simulasi kami , mengoptimalkan strategi kami dan benar-benar tahu berapa banyak daerah perlindungan yang diperlukan . Sementara itu , jangan menganggap bahwa strategi piramida adalah peluru perak . "