Значение работ Е.В. Талалаева для формирования стратегии развития биотехнологических методов защиты растений от вредителей

Разработка методов биологической защиты растений оставалась одним из основных направлений развития биотехнологии на всем протяжении ХХ столетия. В нашей стране развитие этого направления исследований неразрывно связано с именем профессора Иркутского государственного университета Евгения Васильевича Талалаева, являющегося основоположником биологических методов защиты лесов. Им разработаны теоретические основы применения микробиометода, создан первый отечественный бактериальный препарат для борьбы с сибирским шелкопрядом – дендробациллин. Проведены широкомасштабные испытания препарата и продемонстрирована его безопасность для здоровья человека. При его непосредственном участии в СССР было организовано промышленное производство биопрепаратов. Продукция этих предприятий пользовалась большим спросом как на отечественном, так и зарубежном рынках. В статье приведена краткая история изучения энтомопатогенных свойств Bacillus thuringiensis и разработки на ее основе биотехнологических методов защиты растений от насекомых-вредителей. Дан краткий сравнительный анализ современного уровня развития микробиометода защиты растений в России и за рубежом. Рассмотрены итоги первых десятилетий широкомасштабного применения в сельскохозяйственном производстве созданных на основе B. thuringiensis генно-инженерных Bt-технологий, позиционируемых как более эффективная и экономичная альтернатива микробиометоду. Представлены основные, описанные в научной литературе, причины низкой эффективности данного направления генетической инженерии растений. Также показано, что при создании трансгенных Bt-растений не были учтены закономерности развития природных паразитарных систем, положенных в основу микробиометода. Дана оценка значения научного наследия Е.В. Талалаева для развития методов защиты растений на основе B. Thuringiensis и представлен ряд новых направлений развития растительных биотехнологий на их основе. Обсуждены дальнейшие перспективы использования микробиометода защиты растений в Российской Федерации.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1. Штерншис М.В. Тенденции развития микробных средств защиты растений в России // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. N 2 (18). С. 92–100.

2. Ishiwata S. On a kind of severe flacherie (sotto disease) // Dainihon Sanshi Kaiho. 1901. Vol.114.P.1–5.

3. Berliner E. Über die Schlaffsucht der Mehlmottenraupe // Zeitschrift für das gesamte Getreidewesen. 1911. Vol. 3. P. 63–70.

4. Berliner E. Über die Schlaffsucht der Mehlmottenraupe (Ephestia kühniella Zell.) und ihren Erreger Bacillus thuringiensis n. sp. // Zeitschrift für Angewandte Entomologie. 1915. Vol. 2. Issue 1. P. 29–56. https://doi.org/10.1111/j.1439-0418.1915.tb00334.x

5. Sanchis V. From microbial sprays to insectresistant transgenic plants: history of the biospesticide Bacillus thuringiensis. A review // Agronomy for Sustainable Development. 2011. Vol. 31. Issue 1. P. 217–231.

6. Goldberg L.J., Margalit J. A bacterial spore demonstrating rapid larvicidal activity against Anopheles sergentii, Uranotaenia unguiculata, Culex univitattus, Aedes aegypti and Culex pipiens // Mosquito News. 1977. Vol. 37. Issue 3. P. 355–358.

7. Palma L., Muñoz M.D., Berry C., Murillo J., Caballero P. Bacillus thuringiensis toxins: an overview of their biocidal activity // Toxins. 2014. Vol. 6. Issue 12. P. 3296–3325. https://doi.org/10.3390/ toxins6123296

8. Angus T.A. A bacterial toxin paralyzing silkworm larvae // Nature. 1954. Vol. 173. Issue 4403. P. 545–546. https://doi.org/10.1038/173545a0

9. Hannay C.L. Crystalline inclusions in aerobic sporeforming bacteria // Nature. 1953. Vol. 172. Issue 4387. P. 1004. https://doi.org/10.1038/1721004a0

10. Hannay C.L., Fitz-James P. The protein crystals of Bacillus thuringiensis Berliner // Canadian Journal of Microbiology. 1955. Vol. 1. Issue 8. P. 694–710. https://doi.org/10.1139/m55-083

11. Schnepf H.E., Whiteley H.R. Cloning and expression of the Bacillus thuringiensis crystal protein gene in Escherichia coli // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 1981. Vol. 78. Issue5.P.2893–2897. https://doi.org/10.1073/pnas. 78.5.2893

12. BravoA.,GomezI.,Garcia-Gomez B., Jnofre J., Soberon M. Insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis and their mechanism of action. In: Fiuza L.M., Polanczyk R.A., Crickmore N. (eds.). Bacillus thuringiensis and Lysinibacillus sphaericus. Springer International Publishing AG, 2017. P. 53–66. https://doi.org/10.1007/978-3-319-56678-8_4

13. Ibrahim M.A., Griko N., Junker M., Bulla L.A. Bacillus thuringiensis: A genomics and proteomics perspective // Bioengineered Bugs. 2010. Vol. 1. Issue 1. P. 31–50. https://doi.org/10.4161/bbug.1.1.10519

14. Sanahuja G., Banakar R., Twyman R.M., Capell T., Christou B. Bacillus thuringiensis: a century of research, development and commercial applications// Plant Biotechnology Journal. 2011. Vol. 9. Issue 3. P. 283–300. https://doi.org/10.1111/ j.1467-7652.2011.00595.x

15. Bacillus thuringiensis Biotechnology E. Sansinenea (ed.). Springer Science and Business Media, 2012. 392 p.

16. ISAAA Brief 54: Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2018. Biotech Crops Continue to Help Meet the Challenges of Increased Population and Climate Change. Available from: http://www.isaaa.org/resourses/publications/briefs/5 4/ executivesummary/pdf/B54-ExecSum-English.pdf [Accessed 20th October 2019].

17. Viktorov A.G. Can efficient insecticidal plants be created or the evolution of phytophage resistance to commercial transgenic Bt-Plants // Russian Journal of Plant Physiology. 2015. Vol. 62.Issue 1. P. 14–22. https://doi.org/10.1134/ S102 144371501015X

18. Viktorov A.G. Current trends in the global market of transgenic plants and environmental safety issues // Russian Journal of Plant Physiology. 2016. Vol. 63. Issue 1. P. 38–45. https://doi.org/10. 1134/S1021443716010179

19. Талалаев Е.В. Бактериологический метод борьбы с сибирским шелкопрядом. Иркутск: Иркутское книжное издательство, 1961. 49 с.

20. Талалаев Е.В. К вопросу о разработке микробиологического метода борьбы с сибирским шелкопрядом (предварительное сообщение 1951 года) // Известия Биолого-географического научно-исследовательского института при Иркутском университете. 1956. Т. 16. Вып. 1-4. С. 62–71.

21. Бирюков А.Д. Полезные микробы. В кн.: История промышленности Новосибирска: в 5 т. Т. 5. Новый отсчет (1986–2005). Новосибирск: ИД «Историческое наследие Сибири», 2005. С.435–482.

22. Талалаев Е.В. Очерки по разработке микробиологического метода борьбы с сибирским шелкопрядом. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1991. 128 с.

23. БеляковВ.Д.Общие закономерности функционирования паразитарных систем (механизмы саморегуляции) // Паразитология. 1986. Т. 20. N 4. С. 249–255.

24. Чайка С.Ю. Паразитизм – существование организмов в составе паразитарных систем // Паразитология. 1998. Т. 2. N 1. С. 3–10.

25. Чайка С.Ю. Паразитизм и паразитарные системы // Ветеринарная патология. 2004. N 3. С. 19–27.

26. Талалаев Е.В. Септицемия гусениц сибирского шелкопряда // Микробиология. 1956. Т. 25. Вып. 1. С. 99–102.

27. Tanada Y. Bacillus thuringiensis: integrated control – past, present and future. In: Cheng T.C. (eds.) Pathogens of Invertebrates. Comparative Pathobiology Springer, Boston: 1984. Vol. 7. P. 59–90.

28. Knipling E.F. Edward Arthur Steinhaus (1914–1969). In: Biographical Memoirs. Washington: National Academy of Sciences. 1974. Vol. 44. P. 321–327.

29. Steinhaus E.A. Possible use of Bacillus thuringiensis Berliner as an aid in the biological control of the alfalfa caterpillar // Hilgardia. 1951. Vol. 20. Issue 8. P. 359–381. https://doi.org/10.37 33/hilg.v20n18p359

30. Steinhaus E.A. On the Improbability of Bacillus thuringiensis Berliner Mutating to Forms Pathogenic for Vertebrates // Journal of Economic Entomology. 1959. Vol. 52. Issue 3. P. 506–508. https://doi.org/10.1093/jee/52.3.506

31. Кузнецов В.В., Куликов А.М., Цыдендамбаев В.Д. Генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры и полученные из них продукты: пищевые, экологические и агротехнические риски // Известия аграрной науки. 2010. Т. 8. N 3. С. 10–31.

32. Чемерис А.В., Бикбулатова С.М., Чемерис Д.А., Баймиев Ал.Х., Князев А.В., Кулуев Б.Р. [и др.]. Надо ли опасаться ГМО? Взгляд несторонних наблюдателей на истерию вокруг // Биомика. 2014. Т. 6. N 2 С. 77–138.

33. Viktorov A.G. Ecological and physiological features of Bt-plants causing outbreaks of secondary pests // Russian Journal of Plant Physiology. 2017. Vol. 64. Issue 4. P. 457–463. https://doi.org/ 10.1134/S1021443717040185

34. Burdon J.J., Thrall P.H. Coevolution of plants and their pathogens in natural habitats // Science. 2009. Vol. 324. Issue 5928, P. 755–756. https://doi.org/10.1126/science.1171663

35. Thrall P.H., Hochberg M.E., Burdon J.J., Bever J.D. Coevolution of symbiotic mutualists and parasites in a community context // Trends in Ecology and Evolution. 2007. Vol. 22. Issue 3. P. 120–126.

36. Gandon S., Buckling A., Decaestecker E., Day T. Host–parasite coevolution and patterns of adaptation across time and space // Journal of evolutionary biology. 2008. Vol.21. Issue6. P.1861–1866. https://doi.org/10.1111/j.1420-9101.2008.01598.x

37. Wolinska J., King K.C. Environment can alter selection in host–parasite interactions // Trends in parasitology. 2009. Vol. 25. Issue 5. P. 236–244. https://doi.org/10.1016/j.pt.2009.02.004

38. Enikeev A.G. Transgenic Plants: New Biological System or New Properties of Plant-Agrobacterium Symbiosis? // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. Issue 5. P. 621–627. https://doi.org/10.1134/S1021443718050060

39. ProvorovN.A., Vorobyov N.I., Andronov E.E. Macro- and microevolution of bacteria in symbiotic systems // Russian Journal of Genetics. 2008. Vol. 44. Issue 1. P. 6–20. https://doi.org/10.1134/ S102279540801002X

40. Бизюкова О.В. Обзор мирового рынка микробиопрепарпатов // Защита и карантин растений. 2012. N 3. С. 9–12.

41. Valent Bio Sciences. Available from: https://www.valentbiosciences.com [Accessed 20th December 2018].

42. Штерншис М,В., Беляев А.А., Цветкова В.П., Шпатова Т.В., Леляк А.А., Бахвалов С.А. Биопрепараты на основе бактерий рода Bacillus для управления здоровьем растений: монография. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016. 233 с.

43. КаменёкЛ.К., ТерехинаЛ.Д., Каменёк В.М., Андреева И.В., Терехин Д.А., Воронцов В.В. Изучение ростостимулирующего действия дельтаэндотоксина на примере растений огурца // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2010. N 4 (16). С. 13–17.

44. БасыроваЛ.Ф., КаменёкД.М., Каменёк Л.К., Терехина Л.Д. Влияние дельта-эндотоксина на биохимический состав плодов огурца посевного // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. N 10 (120). С. 14–19.

45. КоробовЯ.А., Каменёк Д.В., Каменёк Л.К. Ростстимулирующий эффект дельта эндотоксина Bacillus thuringiensis в отношении ювинильных растений перца стручкового // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. N 11 (121). С. 14–19.

46. КоробовЯ.А., Каменёк Л.К., Каменёк Д.В., УсееваЛ.Ф. Ростстимулирующее действие дельтаэндотоксина Bacillus thuringiensis на ювинильные растения пшеницы // Ульяновский медикобиологический журнал. 2017. N 2. С. 152–158. https://doi.org/10.23648/UMBJ.2017.26.6230

47. Ito A., Sasaguri Y., Kitada S., Kusaka Y., Kuwano K., Masutomi K., et al. A Bacillus thuringiensis Crystal Protein with Selective Cytocidal Action to Human Cell // Journal of Biological Chemistry. 2004. Vol. 279. Issue 20. P. 21282–21286. https://doi.org/10.1074/jbc.M401881200

48. Kitada S., Abe Y., Shimada H., Kusaka Y., Matsuo Y., Katayama H., et al. Cytocidal actions of parasporin-2, an anti-tumor crystal toxin from Bacillus thuringiensis // Journal of Biological Chemistry. 2006. Vol. 281. Issue 36. P. 26350–26360. https://doi.org/10.1074/jbc.M602589200