Модифицированные дрожжи подавляют рост грибков в растениях
Около 70–80% потерь урожая из-за микробных болезней вызваны грибками. Фунгициды — ключевое оружие в арсенале сельского хозяйства, но они несут экологические риски. Со временем грибки также развивают устойчивость к фунгицидам, что заставляет производителей постоянно искать новые способы борьбы с грибковыми заболеваниями.
Новое решение использует естественную защиту растений. В статье, опубликованной в Biotechnology and Bioengineering, инженеры и фитопатологи из UC Riverside описывают метод создания белка, блокирующего способность грибков разрушать клеточные стенки, а также способ его массового производства для внешнего применения в качестве природного фунгицида.
Чтобы проникнуть в ткани растений, грибки производят ферменты, разрушающие клеточные стенки с помощью каталитических реакций. Среди них — полигалактуроназы (PGs). Однако растения не беззащитны: они производят белки-ингибиторы полигалактуроназ (PGIPs), замедляющие катализ.
Исследователи из UC Riverside определили сегмент ДНК, который кодирует производство PGIPs у обычной зеленой фасоли. Полные и частичные сегменты этой ДНК были вставлены в геном пекарских дрожжей, чтобы заставить их производить PGIPs. Дрожжи были выбраны, так как у них нет собственных PGIPs, что упрощает эксперимент, и они растут быстрее растений.
После подтверждения репликации дрожжей с новой ДНК, исследователи добавили их к культурам грибков:
- Botrytis cinerea — вызывает серую гниль у персиков и других культур.
- Aspergillus niger — вызывает черную плесень на винограде и других фруктах и овощах.
Дрожжи как с полными, так и с частичными сегментами ДНК, кодирующими PGIPs, успешно замедлили рост грибков. Это указывает на то, что дрожжи производили достаточно PGIPs для масштабирования метода.
«Эти результаты подтверждают потенциал использования PGIPs в качестве экзогенно применяемых агентов для подавления грибковой инфекции», — сказала доцент химической и экологической инженерии Янран Ли.
По словам Ли, PGIPs, вероятно, биоразлагаются до естественных аминокислот, что означает меньше потенциальных последствий для потребителей и окружающей среды по сравнению с синтетическими фунгицидами.
«Создание трансгенных растений требует много времени, а их применение в сельском хозяйстве — длительного периода одобрения. С другой стороны, созданные нами PGIPs, полученные из природных белков, могут быть одобрены FDA по ускоренной процедуре, если их можно использовать экзогенно, подобно фунгициду», — отметила Ли.
Слегка изменив дрожжи, исследователи заставили их выделять PGIPs для внешнего применения. Предыдущие исследования показали, что сублимационная сушка естественных микроорганизмов на яблоках с последующим их распылением на урожай значительно снижает грибковые заболевания. Авторы предполагают, что дрожжи, экспрессирующие PGIPs, можно использовать аналогично. Однако они отмечают, что будущие исследования должны гарантировать, что растения будут отпугивать только вредные грибки, так как некоторые из них полезны.
Янран Ли продолжит работу над улучшением эффективности PGIPs и расширением их спектра действия против различных патогенных грибков. Вместе с Александром Путманом они будут оценивать потенциал применения созданных PGIPs для подавления болезней, вызываемых грибками до и после сбора урожая.