Целевой контроль вредителей с помощью РНК-спрея
Защита растений от вредителей без вреда для других организмов — цель совместного исследовательского проекта ViVe_Beet, координируемого Институтом Юлиуса Кюна (JKI). В проекте участвуют ученые из Института защиты растений в полевых культурах и луговодстве JKI, Института молекулярной биологии и прикладной экологии Фраунгофера IME и Института исследований сахарной свеклы (IfZ).
Страгия проекта основана на использовании специальных двухцепочечных молекул РНК (дцРНК), включенных в подходящую формулировку. Эта формулировка применяется стандартными методами для будущей защиты сахарной свеклы от вирусов пожелтения.
Применение синтетических химических инсектицидов и пестицидов негативно влияет на разнообразие насекомых и здоровье пчел. Чтобы избежать этого, ЕС в 2019 году поэтапно отказался от одобрения системно действующих неоникотиноидов. Однако это создало новые проблемы в сельском хозяйстве, особенно потому, что зеленая персиковая тля (Myzus persicae), демонстрирующая высокую устойчивость к химическим инсектицидам, оказалась исключительно сложной для контроля.
Эти тли переносят несколько вирусов пожелтения, поражающих сахарную свеклу, что приводит к огромным потерям урожая. «Речь идет о потере урожайности на 20–50% только из-за вирусов», — говорит Морис Пьерри, участвующий в проекте ViVe_Beet в отделении биоресурсов Фраунгофера IME в Гиссене.
Новый подход к контролю вредителей: РНК-интерференция (RNAi)
Масштаб проблемы требует новых подходов для устойчивого и эффективного контроля тлей. Фраунгофер IME и партнеры выбрали биологический, видоспецифичный подход, используя РНК-интерференцию (RNAi).
RNAi — это естественный иммунный ответ на чужеродный генетический материал вирусов, часто представленный двухцепочечной РНК (дцРНК). Пьерри объясняет: «Вирусы имеют генетический материал в форме РНК. Когда РНК попадает в клетку (в нашем случае — насекомого), фермент Dicer разрезает ее на мелкие сегменты — малые интерферирующие РНК (siRNA). Они затем включаются в комплекс RISC и используются как шаблон для деградации соответствующих мРНК-последовательностей. Если подобрать дцРНК так, чтобы она соответствовала критическому гену насекомого, можно заставить организм контролировать себя через его собственную систему RNAi».
От лабораторных тестов к полю
В начале проекта (октябрь 2021 — сентябрь 2024) необходимо было идентифицировать потенциально эффективные гены и их последовательности, а затем создать адаптированные к ним дцРНК. Пьерри отмечает: «Сначала мы нашли гены, подавление которых через RNAi дает эффект — проблемы с линькой, снижение потомства или повышенная смертность вредителей. Мы определили несколько генов, вызывающих высокую смертность тлей. Это был первый крупный этап».
На втором этапе ученые создали формулировку, защищающую дцРНК от температуры, влажности, УФ-лучей и РНК-разрушающих ферментов до попадания в кишечник тли, где она поглощается клеткой. «Наша дцРНК защищена формулировкой, усиливающей эффект и продлевающей срок жизни», — говорит Пьерри.
На третьем этапе начались испытания спрея непосредственно на растениях-мишенях. «Мы разработали метод РНК-спрея и протестировали его в теплице. Пока мы достигли уровня смертности 70% и сокращения численности популяции. Это отличные результаты», — сообщает Пьерри.
Заключительный этап — полевые испытания со всеми факторами окружающей среды — будет проведен JKI и IfZ следующим летом.
Селективные средства защиты растений безопасны для других организмов
Инновационный подход проекта ViVe_Beet может привести к созданию новых, экологичных и селективных средств защиты растений, поскольку специфичные природные молекулы можно использовать для контроля не только насекомых, но и вирусов или грибов.
«Этот метод особенный, потому что специфически адаптированная дцРНК воздействует на организм-мишень — зеленую персиковую тлю, но не на другие организмы, такие как люди или полезные насекомые, например пчелы», — подчеркивает Пьерри.
Этот новый метод контроля вредителей дает надежду на устойчивую защиту растений и обладает высоким потенциалом для будущего применения.