Этот революционный метод борьбы с вредителями работает с собственными генами растения, чтобы убить конкретных микроскопических червей, называемых нематодами, не нанося вреда другим насекомым, птицам или млекопитающим.
Доктор Константин Блюсс из Школы математических и физических наук Университета Сассекса сказал:
«В условиях растущего мирового населения, нуждающегося в пропитании, и срочной необходимости перехода с ископаемого топлива на биотопливо, наше исследование является важным шагом вперед в поисках экологически безопасной защиты сельскохозяйственных культур, не наносящей вреда пчелам или другим насекомым."
Ежегодно из-за болезней, вызываемых нематодами, ежегодно теряется урожай на сумму около 130 миллиардов долларов.
Уничтожение вредных нематод с помощью химических пестицидов проблематично, поскольку они могут без разбора причинить вред другим насекомым.
В почве содержатся естественные бактерии, которые могут помочь защитить растения от вредных нематод, но до сих пор не было эффективного способа использовать силу этих бактерий для защиты сельскохозяйственных культур в больших масштабах.
Доктор Блюсс и его коллеги использовали «РНК-интерференцию» (РНКи) для точного нацеливания на виды нематод, которые наносят вред пшенице.
Доктор Блюсс объяснил:
"Нематода, как и все другие живые организмы, требует, чтобы некоторые белки вырабатывались, чтобы выжить и произвести потомство, а вмешательство РНК – это процесс, который останавливает или заглушает их производство."
Команда разработала метод «заставить замолчать» гены вредных нематод с помощью биостимуляторов, полученных из естественных почвенных бактерий. Биостимуляторы также “ отключают ” собственные гены растения, на которые воздействуют нематоды, что значительно усложняет паразиту нанесение вреда урожаю.
Процесс подавления гена запускается, когда к пшенице применяются биостимуляторы, которые представляют собой метаболиты бактерий, естественным образом встречающихся в почве. Биостимуляторы можно применять либо путем замачивания семян или корней в растворе, содержащем биостимуляторы, либо путем добавления раствора в почву, в которой растут растения.
Доктор Блюсс сказал:
«Вымачивая семена растения в растворе биостимуляторов, растение становится« троянским конем », доставляющим нематодам особые соединения, производимые внутри растений, которые затем убивают их. Мы нацелены на определенные гены нематод, поэтому знаем, что это не повлияет на других существ."
Биостимуляторы воздействуют только на определенные гены нематод и растений и не вредят другим видам насекомых. А поскольку они встречаются в природе, а не сделаны из химикатов, они потенциально могут быть использованы органическими фермерами, чтобы сделать органические продукты питания более доступными в будущем.
Математическое моделирование доктора Блюсса объясняет, как интерференция РНК работает в растениях, и показывает наиболее эффективный способ применения биостимуляторов для защиты урожая от вредных нематод.
Эксперименты команды показывают, что замачивание семян растений в растворе биостимулятора увеличивает шансы растений на выживание на 57-92%. Этот метод также снижает уровень заражения нематодами на 73-83% по сравнению с растениями, выращенными без биостимуляторов.
Объясняя исследование, доктор Блюсс сказал:
«Используя математические модели, мы узнали, как биостимуляторы усваиваются растениями пшеницы, поэтому теперь мы знаем, как лучше всего их доставить. Мы также рассмотрели, как РНКи развиваются внутри растений и нематод, как растение может отключать определенные гены, участвующие в процессе паразитизма нематод, тем самым останавливая заражение, и как части РНКи из растений при попадании в организм нематод , вызывают их смерть, заставляя замолчать некоторые из их основных генов.
Эти идеи были объединены с передовыми экспериментальными работами по разработке новых штаммов почвенных бактерий и извлечением их метаболитов, а также с ультрасовременным молекулярно-генетическим анализом для разработки нового поколения экологически безопасных инструментов для борьбы с нематодами пшеницы.
"Некоторые люди опасаются генетически модифицированных растений, поэтому важно четко понимать, что это не так. Биостимуляторы эффективно действуют как «прививка» от нематод.
Они достигают своего эффекта, мобилизуя внутренние механизмы растений для производства соединений, которые защищают растения от нематод, одновременно вызывая гибель нематод.
Растения, полученные с использованием биостимуляторов, обладают гораздо более высокой урожайностью и более высокой устойчивостью к вредителям, но они ничем не отличаются от других растений, которые были искусственно выведены и обладают некоторыми полезными характеристиками. Более того, сами биостимуляторы действительно натуральные, так как они не что иное, как продукты бактерий, уже живущих в почве. "
Прорыв опубликован в статье в журнале Frontiers in Plant Science.
Сотрудниками доктора Блюсса в Украине из трех разных научно-исследовательских институтов были профессора Виктория Цыганкова (Институт биоорганической химии и нефтехимии), Людмила Билявская и Галина Ютинская (Институт микробиологии и вирусологии), Алла Емец и Ярослав Блюм (Институт пищевой биотехнологии). и геномика).
Профессор Галина Ютинская, руководившая экспериментальной работой по разработке биостимуляторов, сказала:
«Эта работа очень интересна, потому что наши биостимуляторы получены из продуктов естественных почвенных бактерий, которые не являются генетически модифицированными. Важность этого заключается в том, что в отличие от химических пестицидов эти биостимуляторы также могут использоваться для защиты различных сельскохозяйственных культур от паразитов в контексте органического земледелия, что является особенно сложной проблемой. Кроме того, эти биостимуляторы могут заменить химические пестициды или значительно сократить их использование, тем самым ограничивая потенциальное негативное воздействие на окружающую среду »
Следующие шаги заключаются в разработке более совершенных математических моделей того, как многокомпонентные биостимуляторы могут извлекаться из почвы как семенами, так и корнями; и определить, какие из наиболее недавно идентифицированных генетических мишеней нематод являются наиболее эффективными.
Профессор Дэйв Гоулсон из Школы естественных наук Университета Сассекса и мировой эксперт по сокращению популяций пчел сказал:
"Растет осознание того, что интенсивное использование обычных пестицидов в сельском хозяйстве наносит большой ущерб биоразнообразию, что приводит к загрязнению почв и водных путей вредными токсинами. Нам срочно необходимо найти альтернативные, устойчивые средства борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур."
Работа доктора Блюсса была поддержана междисциплинарным центром интенсивных исследований данных Университета Сассекса (DISCUS).