مکانیسم مقاومت آفات به باکتری Bacillus thuringiensis

( باکتری BT )

سموم حشره کش تولید شده توسط باکتری BT یک روش ایمن (از نظر محیطی) و مؤثر برای کنترل آفات نباتی هستند. باکتری BT در جهان باکتریها تقریبا” منحصر بفرد است، زیرا سموم تجاری حاصل از این باکتری کارایی سموم شیمیایی را داشته و علاوه بر آن دارای مزیت ایمنی زیست محیطی نیز است. این باکتری، یک باکتری گرم مثبت است که به هنگام اسپوردهی تولید کریستالهای پروتئینی می کند، که دارای خاصیت کشندگی برای برخی از آفات نباتی هستند. زیرگونه های مختلف این باکتری، محتوی حدود ٢٠٠ ژن تولید کننده کریستالهای متفاوت هستند که از ایزوله های متفاوت آن در نقاط مختلف دنیا جداسازی و توالی یابی شده اند. این کریستالها به طور اختصار cry نامیده می شوند، که انواع مختلف آنها بر گونه های مختلف از راسته های پروانه ها، سخت بال پوشان، دو بالان و نماتودها مؤثر هستند. زیرگونه های BT که بر روی پروانه ها مؤثر هستند، کریستالهایی تولید می نمایند که در گروه cry1 قرار می گیرند و دارای وزن مولکولی حدود ١٣٠ کیلو دالتون می باشد.

با توجه به استفاده گسترده این باکتری در دنیا در جهت کنترل آفات گیاهی، متأسفانه در چند سال اخیر گزارشهای محدودی مبنی بر مقاوم شدن برخی آفات به این سم (باکتری) منتشر شده است. یکی از حشرات مهمی که در سطح مزرعه به BT مقاومت نشان داده است پروانه پشت الماسی کلم (Plutella xylostella) است . البته در آزمایشگاههای متفاوتی هم برروی حشرات دیگری آزمایش مقاومت انجام شده است و متأسفانه در برخی موارد نتایج مثبت بوده است.

جهت درک چگونگی رخ دادن مقاومت، باید ابتدا از مکانیسم عمل سموم باکتری Bacillus thuringiensis در معده حشرات با خبر باشیم. زمانی که کریستالها وارد معده یک حشره حساس می شوند، پروتوکسین BT بدلیلpH  بالا و وجود آنزیم پروتئیناز، به صورت سم فعال درمی آید. پروتوکسین های مؤثر بر پروانه ها، توسط پروتینازهای معده میانی تجزیه شده و به صورت سموم فعال در می آیند، در این حالت اندازه پروتئین سم به حدود 60 – 70 کیلو دالتون تقلیل یافته است. قسمت فعال پروتئین از انتهای N پروتوکسین جدا می شود. حال سم فعال به گیرنده های معده میانی متصل شده و در غشای سلولی معده میانی حفراتی ایجاد می کند و در نهایت موجب به هم خوردن تعادل یونی و انتقال یون مثبت پتاسیم شده، سلولها تجزیه شده و منجر به مرگ حشره می شود.

آزمایشات نشان می دهد که عامل اصلی در مقاومت حشرات به سموم باکتری Bacillus thuringiensis ، گیرنده های موجود در سلولها ی معده میانی حشرات می باشد. همچنین عامل دیگر، پروتئینازهای موجود در معده می باشند. لذا باید به طورکامل مکانیسم مقاومت مشخص شود تا بتوان استراتژیهای مناسبی برای کاهش مقاومت ها، و به تأخیر انداختن آن به کار بست.

مقاومت به باکتری Bacillus thuringiensis اولین بار در شب پره هندی Plodia intpunctella و سپس در پروانه پشت الماسی گزارش شده و مشاهدات نشان می دهد که در این حالت میزان اتصال کریستالهای cryIAb به گیرنده های سلولی معده بسیار کاهش یافته است. اما در برخی دیگر میزان اتصال کم نشده بود، با این حال میزان کارآیی پایین آمده بود، که این نشان دهنده وجود مکانیسم های دیگر علاوه بر مورد اول می باشد. در برخی موارد هم به هنگام کاهش کارآیی، میزان اتصال گیرنده های غیر اختصاصی افزایش یافته بود. و این طور تعبیر می شود که سایتهای اختصاصی خود را با سایتهای اختصاصی اتصال سم سازگار ساخته اند و بدین ترتیب موجب کاهش کارایی سم شده اند .

همانطور که قبلا” گفته شده کریستالهای BT، درقسمتی از معده به وسیله پروتئینازهای معده حل شده و فراوری می شوند. مشاهدات نشان می دهد که فرایند سازی کریستالها می تواند بر روی دامنه فعالیت سم تأثیر بگذارد. پروتئینازهای موجود در معده حشرات مختلف، پروتوکسین های BT (کریستالها) را با روشهای متفاوتی فرایند سازی می نمایند و این بر قابلیت انتخاب و اختصاصیت سم تأثیر می گذارد.

اطلاعاتی که از همبستگی بین پروتئینازها و قابلیت انتخاب سم حمایت می کنند، اولین بار توسط حیدر و همکاران مطرح گردیدند، که آنها نشان می دادند که پروتوکسین های BT زیرگونه aizawai فقط بر لاروهای دیپتراهایی موثر هستند، که توسط پروتئینازهای دیپتراها فعال شده باشد، در صورتیکه توسط پروتئینازهای پروانه ها فعال شده باشد، کارآیی بسیار کم خواهد بود. مطالعات نشان داده است که در حشرات مقاوم، میزان غلظت و فعالیت پروتئینازها خیلی کمتر از حشرات حساس است . از طرف دیگر مشخص شده است که پروتئینازسرین دربرخی از حشرات مقاوم از دست رفته است و قبلا” ثابت شده است، که پروتئینازسرین بر فعال سازی پروتوکسین BT نقش مهمی دارد. باید توجه کرد که این نتایج علاوه بر شب پره هندی، در سخت بال پوشان نیز مشابه بوده است.

نتیجه: با دستیابی به گیاهان ترانسژنیک در مزرعه، موضوع افزایش احتمال مقاومت وسیع توسط حشرات به این سموم قوت گرفته است. پتانسیل استفاده طولانی مدت از گیاهان ترانسژنیک حاوی ژنهای تولید کننده سموم باکتری Bacillus thuringiensis نیز مورد سؤال است. بنابراین باید به فکر مدیریت صحیح برای به تأخیر انداختن این مقاومت ها بود.

تا کنون دو مکانیسم مقاومت شناسایی شده که یکی به دلیل تغییرات در گیرنده ها و دیگری تغییر در پروتئینازمی باشد. با این حال مکانیسمهای دیگری نیز قابل پیش بینی است. نتایج مطالعات برروی شب پره هندی حساس و مقاوم مشخص کرد که دو عامل مهم یعنی ساختار ژنتیکی حشره و نوع فرمولاسیون های سم در انتخاب مکانیسم های مقاومت مؤثر می باشند. درک اصول فیزیولوژیک مقاومت در گونه های مختلف حشرات که در معرض سموم متفاوت می باشند، می تواند در مدیریت مقاومت صحیح نقش بسزایی داشته باشد. زمانیکه همه مکانیسمهای مقاومت متنوع به طور کامل توصیف شوند، طرحهای مدیریت مقاومت می توانند به طور اختصاصی برای مکانیسم مقاومت به کار بسته شوند.

تهیه کننده :  غلامرضا صالحی جوزانی – دانشجوی دکتری بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک آکادمی علوم روسیه

همچنین مطالعه پست کاربرد باکتری بی تی در محصولات کشاورزی نیز پیشنهاد میگردد .