العلوم

هل يمكن للهندسة الوراثية عكس مقاومة المبيدات الحشرية؟


تعتبر مقاومة البعوض والحشرات الأخرى التي تأكل المحاصيل ضد المبيدات الحشرية بلاءً رئيسياً في الزراعة ، وتكلف صناعة إنتاج الغذاء ملايين الدولارات كل عام. في دراسة حديثة في Nature Communications ، أبلغ فريق من علماء الوراثة عن تطور جديد يستخدم تقنية CRISPR / Cas9 – وهي تقنية تقوم بتقسيم الشفرة الجينية أو قطعها وإدراج سلسلة من الاهتمامات – حيث يتم عكس الطفرة المسؤولة عن مقاومة المبيدات الحشرية. هذا ، وفقًا للدراسة ، يوفر حلاً بديلاً للطريقة القياسية لتطوير أحدث وأحدث مبيدات الآفات / الحشرات.

الجين المعني هو قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي (vgsc) ، حيث تجعل الطفرة الحشرة مقاومة للمبيد. وذلك لأن المبيدات الحشرية DDT و pyrethroids تعمل عن طريق الارتباط بالبروتين المشفر بواسطة vgsc الجين و kdr الأليلات لا تسمح للمبيد الحشري بالقيام بذلك بعد الآن. هنا، kdr يشير إلى “مقاومة ضربة قاضية” ، وقد سميت بهذا الاسم لأن “هدم” الأليل العادي من النوع البري يجعل الحشرة المقاومة المذكورة أعلاه

يشير الأليل إلى متغير (أشكال) الجين. بافتراض أن هناك جينًا واحدًا فقط مسؤولاً عن لون الفاكهة (معظم السمات في الواقع تحكمها جينات متعددة تعمل في تماسك) ، سيكون “أليل” واحد في ذلك المكان (المكان المحدد على الكروموسوم حيث يعيش الجين) مسؤولاً عن أبيض ، بينما سيكون الأليل الآخر مسؤولاً عن اللون الأزرق والآخر لا يزال يرمز إلى لون آخر. يُشار إلى عدد الأليلات التي تحدث في مجموعة سكانية في هذا المكان باسم التنوع الأليلي.

أجريت التجربة على ذبابة الفاكهة الشائعة ذبابة الفاكهة سوداء البطن، أنواع نموذجية للدراسات الجينية. تم استخدامه لأول مرة ككائن حي نموذجي في عام 1910 ، ومنذ ذلك الحين أصبح عنصرًا أساسيًا في البحث الجيني لأنه يمكن تربيته بسهولة نسبيًا حتى في المختبرات الصغيرة.

تم اختبار سلوك الطافرات الثلاثة المقاومة للمبيدات الحشرية ، والتي توجد عادة في أنواع البعوض والذباب ، في تجمعات ذبابة الفاكهة. وقد وجد أن أليل L1014F كان “شديد المقاومة للـ دي.دي.تي ، ومقاوم بشكل معتدل للبيرميثرين” ولكنه حساس للديلتاميثرين. كان I1011M مقاومًا بشكل معتدل للـ DDT والبيرميثرين ، بينما كانت طفرات I1011V معرضة تمامًا لـ “جميع المبيدات الحشرية الثلاثة حتى بتركيزات منخفضة”.

يجادل المؤلفون بأن السلوك المختلف لهذه الأليلات يرجع إلى أن “استبدال الأحماض الأمينية المختلفة حتى في نفس الموضع يمكن أن يكون له تأثيرات مختلفة على ارتباط الـ دي.دي.تي”. تم الحصول على هذه الأليلات من “أنواع مختلفة من الحشرات في الحقل … عرض [insecticide resistance]يقول البروفيسور إيثان بيير ، مؤلف الدراسة المقابل ، في محادثة عبر البريد الإلكتروني معه Indianexpress.com.

لم يتم تمييز هذه الأليلات من قبل في الذباب[,] لذلك قمنا بتكوينها لنرى كيف تتصرف مع الذباب وبعضها يظهر أنماطًا ظاهرية مختلفة عما فعلوه في الأنواع التي تم صيدها في الحقل ، أضاف البروفيسور بيير. (يشير النمط الظاهري إلى الخصائص الفيزيائية الخارجية للفرد ؛ بينما يشير النمط الجيني إلى التركيب الجيني.)

بعد ذلك ، أخذت الدراسة مجموعة من ذبابة الفاكهة سوداء البطن الذباب الذي حمل الأليل L1014F واستخدم الأدوات القائمة على كريسبر لإعادة الطفرة إلى أليل من النوع البري يكون عرضة للمبيدات الحشرية. في موازاة ذلك ، تم إدخال عنصر محرك أليل في موضع آخر على الكروموسوم الذي يعزز النسخ الذاتي و “الميراث الفائق مندل” لهذا العنصر. محرك الأليل / الجينات هي تقنية يمكن من خلالها تعديل الجينات في مجموعة فرعية من السكان من أجل “دفع” انتشارها عبر السكان – أو حتى الأنواع بأكملها – بعد بضعة أجيال.

تم بعد ذلك تكاثر هذا الخط من ذبابة الفاكهة مرتين أخريين ، ولوحظ أن نسلها أظهر بقاءًا منخفضًا جدًا في وجود الـ دي.دي.تي. كان البقاء على قيد الحياة في وجود الـ دي.دي.تي أعلى بكثير في حالة تجربة التحكم التي حملت الأليل المقاوم للحشرات غير المعدل.

توضح هذه النتائج الميراث المتحيز لـ [wild type] أليل بوساطة الانقسام وتحويل [insect resistant] أليل ل [wild type] أليل ، “تنص الورقة. عندما تم فحص أداء ذبابة الفاكهة في “أقفاص” التجمعات ، وجد أن خصائص محرك الجين التي يمنحها الجين الدافع للأليل وكذلك الجين من النوع البري يعكس بشكل كبير مقاومة المبيدات الحشرية. بحلول الوقت الذي تم فيه تربية الجيل الثاني عشر ، انخفضت مقاومة الـ دي.دي.تي بنسبة 68.1 في المائة لدى الذكور و 32 في المائة لدى الإناث (مقارنة بالجيل الأول).

خضعت الأنواع الأخرى لفحص محرك الجينات أيضًا. لقد تم إثبات ذلك ، وإن كان ذلك في ظل ظروف معملية أنظمة الدفع الجيني في البعوض ويمكن لذباب الفاكهة أن ينشر بشكل فعال الجينات المؤثرة المضادة للملاريا في جميع السكان. لقد زُعم أنه إذا تم تطبيق الملاريا حتى على 1 في المائة من سكان البعوض ، يمكن القضاء على الملاريا بسرعة.

لكن ، كما يقولون ، التطور فوضوي. تعترف الورقة بأن رسم الارتباطات بين مقاومة المبيدات الحشرية واللياقة البدنية قد يكون من الصعب رسمها بشكل قاطع. في حالة عدم وجود مبيدات حشرية ، أدى الأليلات L1014F و I1011M إلى تقليل عمر الذكور. في تجربة مع مبيد الأعشاب باراكوات ، ظلت طفرات L1014F مقاومة لكن طافرات I1011M كانت عرضة للإصابة.

في 2020 دراسة على الزاعجة المصرية ، الناقل الأساسي لحمى الضنك ، والشيكونغونيا ، وزيكا ، فقد وجد أن مجموعات اليرقات البرية (أي المعرضة للمبيدات الحشرية) التي تم عبورها مع طفرات مقاومة للحشرات تستغرق وقتًا أطول في التطور. لديهم أيضًا عدد أقل من الأفراد الذين يصلون إلى مراحل البلوغ ، ولديهم أطوال أجنحة أصغر وكان عمر الإناث أقصر في المتوسط. يؤكد بيير في أ خبر صحفى أن مقاومة المبيدات الحشرية يمكن أن تفرض تكلفة لياقة بدنية ، “مما يجعل تلك الحشرات أقل ملاءمة بالمعنى الدارويني”.



مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى