Математик совершил прорыв в нетоксичной борьбе с вредителями, безопасной для пчёл
Математик из Университета Сассекса доктор Константин Блюсс совместно с биологами Национальной академии наук Украины разработал бесхимический способ точного воздействия на паразитических червей, уничтожающих посевы пшеницы.
Этот прорывной метод борьбы с вредителями использует собственные гены растения для уничтожения специфических микроскопических червей — нематод — без вреда для других насекомых, птиц или млекопитающих.
По оценкам, ежегодные потери урожая от болезней, вызываемых нематодами, составляют $130 млрд.
Использование химических пестицидов против вредоносных нематод проблематично, поскольку они могут наносить неселективный вред другим насекомым.
В почве естественным образом присутствуют бактерии, способные защищать растения от вредных нематод, но до сих пор не было эффективного способа использовать их силу для защиты сельхозкультур в больших масштабах.
Принцип метода: РНК-интерференция
Доктор Блюсс и его коллеги применили РНК-интерференцию (RNAi), чтобы точно нацелиться на вид нематод, вредящих пшенице. Этот процесс останавливает или «заглушает» производство белков, необходимых нематоде для выживания и размножения.
Команда разработала метод «заглушения» генов вредоносной нематоды с помощью биостимуляторов, полученных из естественных почвенных бактерий. Биостимуляторы также «выключают» собственные гены растения, на которые воздействуют нематоды, что сильно затрудняет паразиту причинение вреда культуре.
Механизм доставки и эффективность
Процесс подавления генов запускается при обработке пшеницы биостимуляторами — метаболитами бактерий, естественно обитающих в почве. Обработку можно проводить:
- Замачиванием семян или корней в растворе с биостимуляторами.
- Добавлением раствора в почву, где растут растения.
Замачивание семян превращает растение в «троянского коня»: оно доставляет специальные соединения, производимые внутри растения, к нематодам, что приводит к их гибели. Метод нацелен на специфические гены нематоды и не затрагивает другие организмы.
Эксперименты показали, что замачивание семян в растворе биостимуляторов:
- Повышает шансы выживания растений на 57–92%.
- Снижает уровень заражения нематодами на 73–83% по сравнению с растениями, выращенными без биостимуляторов.
Роль математического моделирования и преимущества
Математическое моделирование доктора Блюсса объясняет, как работает РНК-интерференция в растениях, и показывает наиболее эффективный способ применения биостимуляторов.
Ключевые преимущества технологии:
- Специфичность: Биостимуляторы воздействуют только на определённые гены нематоды и растения, не вредя другим видам насекомых.
- Экологичность: Поскольку они являются природными соединениями, а не химикатами, их потенциально могут использовать фермеры, занимающиеся органическим земледелием.
- Без ГМО: Метод не создаёт генетически модифицированные растения. Биостимуляторы действуют как «прививка», мобилизуя внутренние механизмы растения для выработки защитных соединений.
Профессор Галина Ютинская, руководившая экспериментальной работой по разработке биостимуляторов, подчеркнула, что они могут заменить химические пестициды или значительно сократить их использование, ограничив негативное воздействие на окружающую среду.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Plant Science. Следующие шаги — разработка более сложных математических моделей поглощения многокомпонентных биостимуляторов и определение наиболее эффективных генетических мишеней в нематоде.