Защита урожая: РНК-препараты открывают новый путь борьбы с распространённым вирусом растений
Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) разработали новые РНК-активные агенты, надёжно защищающие растения от вируса огуречной мозаики (CMV) — самого распространённого вируса в сельском и садоводческом хозяйстве.
Препараты обладают широким спектром действия: серия молекул РНК поддерживает иммунную систему растения в борьбе с вирусом. В лабораторных экспериментах 80–100% обработанных растений выжили после заражения высокой вирусной нагрузкой, как сообщает команда в Nucleic Acids Research. Статья была выбрана журналом как «прорывная». Учёные сейчас работают над переносом идеи из лаборатории в практику.
Вирус огуречной мозаики особенно губителен для сельхозкультур. Около 90 видов тлей переносят вирус, который поражает более 1200 видов растений, включая тыкву, огурцы, злаки, лекарственные и ароматические растения. Заражённые растения легко определить по характерному мозаичному узору на листьях. Плоды таких растений не пригодны к продаже. На сегодня не существует одобренных средств против CMV.
Основная идея нового подхода — направить естественную защиту растения в нужное русло. При заражении вирус размножается в клетках растения через свои молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Чужеродные РНК запускают первичный иммунный ответ: специальные ферменты-«ножницы» распознают и разрезают вирусные РНК. Этот процесс производит малые интерферирующие РНК (siRNA), которые распространяются по растению и запускают второй этап иммунного ответа, направляя белковые комплексы к вирусным РНК для их разрушения.
«Обычно этот защитный процесс не очень эффективен. Вирусная инфекция производит много разных siRNA, но лишь немногие имеют защитный эффект», — говорит профессор Свен-Эрик Беренс. Его команда разработала метод идентификации высокоэффективных siRNA молекул.
В ключевом шаге исследователи смогли объединить несколько таких siRNA молекул в так называемые эффективные двуцепочечные РНК (edsRNAs), особенно подходящие для применения в растениях. Эти edsRNAs действуют как «пакет», который вскоре после попадания в клетки растения распадается на siRNA. Таким образом, множество высокоэффективных siRNA молекул оказывают защитное противовирусное действие на месте.
В экспериментах на модельном растении Nicotiana benthamiana edsRNA-препараты надёжно защищали от вируса огуречной мозаики. «Все необработанные растения в наших экспериментах погибли», — объясняет Беренс. В отличие от них, выжили 80–100% обработанных растений.
Важное преимущество edsRNA-агентов: при распаде «пакета» производится набор эффективных siRNA, которые атакуют вирус в разных участках его генома. Это значительно повышает защитный эффект и затрудняет ускользание вируса от защиты за счёт мутаций. Процесс скрининга эффективных siRNA оптимизирован, что позволяет адаптировать препарат к новым вирусным мутациям за 2–4 недели.
Пока вещества в лаборатории вводили вручную — инъекцией или втиранием в листья. Команда работает с фармацевтом профессором Карстеном Медером над повышением устойчивости и удобства применения РНК-препаратов, например, для распыления. Планируются полевые испытания и переговоры с компаниями о промышленном производстве.
До выхода продукта на рынок необходимо пройти процесс одобрения. «Однако мы уверены, что наш подход реализуем. Первый препарат для защиты растений на основе РНК недавно был одобрен в США», — говорит Беренс.