2016, jordbrukare världen över planterade mer än 240 miljoner tunnland (98 miljoner hektar) genetiskt modifierad majs, bomull och sojabönor som producerar insektdödande proteiner från bakterien Bacillus thuringiensis, eller Bt. Dessa Bt -proteiner dödar några glupska larver och skalbaggar, men är ofarliga för människor och anses vara miljövänliga. Medan ekologiska bönder framgångsrikt har använt Bt -proteiner i sprayer i mer än ett halvt sekel, vissa forskare befarade att utbredd användning av Bt -proteiner i genetiskt modifierade grödor skulle leda till snabb utveckling av resistens hos skadedjur.

Forskare vid University of Arizona i Tucson, Arizona har gjort inventering för att ta itu med denna oro och för att upptäcka varför skadedjur anpassade sig snabbt i vissa fall men inte andra. För att testa förutsägelser om motstånd, Bruce Tabashnik och Yves Carriere vid College of Agriculture and Life Sciences analyserade de globala uppgifterna om användning av Bt -grödor och skadedjur. Deras resultat publiceras i det aktuella numret av tidskriften Naturbioteknik .

"När Bt -grödor introducerades 1996, ingen visste hur snabbt skadedjur skulle anpassa sig, "sa Tabashnik, en regentprofessor och chef för UA Institutionen för entomologi. "Nu har vi en kumulativ summa på över 2 miljarder tunnland av dessa grödor planterade under de senaste två decennierna och omfattande övervakningsdata, så vi kan bygga en vetenskaplig förståelse för hur snabbt skadedjur utvecklar motstånd och varför. "

Forskarna analyserade publicerade data för 36 fall som representerar svar från 15 skadedjur i 10 länder på alla kontinenter utom Antarktis. De upptäckte resistens som avsevärt minskade effekten av Bt -grödorna i fältet i 16 fall från 2016, jämfört med endast tre sådana fall år 2005. I dessa 16 fall har skadedjur utvecklade motstånd på en genomsnittlig tid på drygt fem år.

"Ett silverfoder är att i 17 andra fall, skadedjur har inte utvecklat motståndskraft mot Bt -grödor, "Tabashnik sa, tillägger att vissa grödor fortsätter att vara effektiva efter 20 år. De återstående tre fallen klassificeras som "tidig varning för motstånd, "där motståndet är statistiskt signifikant, men inte tillräckligt allvarliga för att få praktiska konsekvenser.

Fred Gould, Framstående professor i entomologi vid North Carolina State University och ledare för 2016 National Academy of Sciences studie om genetiskt modifierade grödor, kommenterade, "Det här dokumentet ger oss starka bevis på att strategierna för hög dos/tillflykt för att fördröja motståndskraft mot Bt-grödor verkligen fungerar. Detta kommer att vara kritiskt viktig information eftersom fler grödor konstrueras för att producera Bt-toxiner."

Enligt tidningen, både de bästa och sämsta resultaten stöder förutsägelser från evolutionära principer.

"Som förväntat av evolutionsteorin, faktorer som gynnar Bt -grödors hållbarhet var recessiv nedärvning av resistens hos skadedjur och rikliga tillflyktsorter, "Sa Carriere.

Refuge består av standard, icke-Bt-växter som skadedjur kan äta utan att utsättas för Bt-toxiner. Plantering av tillflyktsrum nära Bt -grödor minskar chansen att två resistenta insekter parar sig med varandra, vilket gör det mer troligt att de kommer att föda upp med en mottaglig kompis. Med recessivt arv, parningar mellan en resistent förälder och en mottaglig förälder ger avkommor som dödas av Bt -grödan.

"Datormodeller visade att tillflyktsorter bör vara särskilt bra för att fördröja motstånd när arv av resistens hos skadedjuret är recessiv, "Carriere förklarade. Värdet av tillflyktsorter har varit kontroversiellt, och Environmental Protection Agency har lindrat sina krav på plantering av tillflyktsrum i USA

"Det kanske mest övertygande beviset för att tillflyktsorter kommer från den rosa bollormen, som snabbt utvecklade motståndet mot Bt -bomull i Indien, men inte i USA, "Sa Tabashnik.

I sydvästra USA, bönder samarbetade med akademin, industri, EPA -forskare, och det amerikanska jordbruksdepartementet för att genomföra en effektiv tillflyktsstrategi. Även om Indien på samma sätt krävde en tillflyktsstrategi, jordbrukarnas efterlevnad var låg.

"Samma skadedjur, samma gröda, samma Bt -proteiner, men mycket olika resultat, sa Tabashnik.

Den nya studien avslöjade att resistens mot skadedjur mot Bt -grödor utvecklas snabbare nu än tidigare, främst eftersom resistens mot vissa Bt-proteiner orsakar korsresistens mot besläktade Bt-proteiner som produceras av senare introducerade grödor.

En uppmuntrande utveckling är den senaste kommersialiseringen av biotekniska grödor som producerar en ny typ av Bt -protein som kallas ett vegetativt insekticidprotein, eller VIP. Alla andra Bt -proteiner i genetiskt modifierade grödor finns i en annan grupp, kallas kristallint, eller gråta, proteiner. Eftersom dessa två grupper av Bt -proteiner är så olika, korsresistensen mellan dem är låg eller noll, enligt författarna till studien.

Yidong Wu, Framstående professor vid College of Plant Protection vid Nanjing Agricultural University i Kina, sa, "Denna översyn ger en uppdatering i tid om den globala statusen för resistens mot Bt -grödor och unika insikter som hjälper till att förbättra resistenshanteringsstrategier för mer hållbart utnyttjande av Bt -grödor."

Även om den nya rapporten är den mest omfattande utvärderingen av resistens mot skadedjur mot Bt -grödor hittills, Tabashnik indikerade att det bara är början på att använda systematiska dataanalyser för att öka förståelsen och hanteringen av motstånd.

"Dessa växter har varit anmärkningsvärt användbara, och motståndet har i allmänhet utvecklats långsammare än de flesta förväntade sig, "sa han." Jag ser dessa grödor som en allt viktigare del av jordbrukets framtid. De framsteg som görs ger motivation att samla in mer data och införliva den i planeringen av framtida utplanteringar av grödor. "

"Vi har också börjat utbyta idéer och information med forskare som står inför relaterade utmaningar, såsom resistens mot ogräsmedel i ogräs och resistens mot läkemedel i cancerceller, "Sa Tabashnik.

Men kommer bönderna någonsin att kunna förhindra motstånd helt och hållet? Tabashnik tror inte det.

"Vi förväntar oss alltid att skadedjuren ska anpassa sig. Men om vi kan fördröja motståndet från några år till några decennier, det är en stor vinst. "