Доминантная точечная мутация в гене тетраспанина, связанная с устойчивостью хлопковой совки к трансгенному хлопчатнику Bt, возникшей в полевых условиях

Массовое выращивание культур, генетически модифицированных для продукции инсектицидных белков бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), позволило подавить некоторых основных вредителей, сократить применение инсектицидов, усилить контроль над вредителями со стороны естественных врагов и повысить прибыль фермеров. Однако быстрое формирование устойчивости у вредителей снижает эти преимущества. Для мониторинга, замедления и сдерживания устойчивости к Bt-культурам необходимо лучше понимать её генетическую основу. Мы обнаружили, что точечная мутация в ранее неизвестном гене тетраспанина хлопковой совки (Helicoverpa armigera), одного из наиболее опасных вредителей сельскохозяйственных культур в мире, обусловливает доминантную устойчивость к Cry1Ac — единственному белку Bt, который продуцирует трансгенный хлопчатник, выращиваемый в Китае. Мутация была выявлена с помощью полногеномного ассоциативного исследования, за которым последовали детальное генетическое картирование и сравнение последовательностей ДНК устойчивых и чувствительных линий. Нокаут гена тетраспанина с помощью CRISPR/Cas9 восстановил чувствительность устойчивой линии, тогда как внедрение этой мутации обеспечило 125-кратную устойчивость чувствительной линии. Скрининг ДНК у бабочек, отловленных в 23 пунктах шести провинций на севере Китая, выявил 100-кратное увеличение частоты этой мутации — с 0,001 в 2006 году до 0,10 в 2016 году. Соответствие наблюдаемой динамики частоты мутации динамике, предсказанной при моделировании, показывает, что доминантный характер мутации ускорил адаптацию. Проактивное выявление и отслеживание мутации в гене тетраспанина демонстрируют потенциал геномного анализа, редактирования генов и молекулярного мониторинга для совершенствования контроля устойчивости.