Борьба с колорадским жуком с помощью РНК-интерференции
Колорадские жуки — опасный вредитель картофеля по всему миру. Поскольку у них нет естественных врагов в большинстве регионов выращивания картофеля, фермеры пытаются контролировать их с помощью пестицидов. Однако эта стратегия часто неэффективна, так как вредитель выработал устойчивость почти ко всем инсектицидам.
Учёные из Институтов молекулярной физиологии растений и химической экологии Общества Макса Планка показали, что растения картофеля можно защитить от вредителя с помощью РНК-интерференции (RNAi). Они генетически модифицировали растения так, чтобы их хлоропласты накапливали двуцепочечные РНК (dsRNA), нацеленные на важные гены жука.
Как работает РНК-интерференция
RNAi — это естественный механизм регуляции генов у эукариот. У растений, грибов и насекомых он также используется для защиты от некоторых вирусов. Механизм можно использовать для «выключения» любого нужного гена, создав dsRNA, нацеленную на матричную РНК (mRNA) этого гена. Уничтожение mRNA блокирует синтез кодируемого белка.
Преодоление ограничений
Предыдущие попытки создать растения, производящие dsRNA против насекомых, модифицируя ядерный геном, не давали полной защиты. Собственная система RNAi растения препятствует накоплению достаточного количества dsRNA.
Учёные обошли эту проблему, производя dsRNA в хлоропластах. Эти органеллы, потомки цианобактерий (прокариот), не имеют системы RNAi. Были созданы транспластомные растения — с модифицированным геномом хлоропластов, а не ядра.
Тестирование на колорадском жуке
Вредитель: Колорадский жук — серьёзный вредитель паслёновых культур (картофель, томат, перец, табак), известный широкой устойчивостью к инсектицидам.
Эксперимент: Личинок кормили листьями:
- транспластомных растений (dsRNA в хлоропластах),
- обычных трансгенных растений (dsRNA из ядерного генома),
- немодифицированных растений.
Результаты:
- Транспластомные листья, производящие dsRNA против гена актина (структурный белок), вызвали 100% смертность личинок через 5 дней.
- Растения с модифицированным ядерным геномом производили гораздо меньше dsRNA и лишь незначительно замедляли рост жуков.
Значение технологии
Перенос цели модификации с ядерного генома на геном хлоропластов преодолевает главное препятствие для использования RNAi в защите растений. Поскольку многие насекомые-вредители всё чаще развивают устойчивость к химическим пестицидам и Bt-токсинам, RNAi представляет собой перспективную стратегию контроля. Эта технология позволяет обеспечить точную защиту без химикатов и без производства чужеродных белков в растении.