В уникальном исследовании Университета штата Луизиана фитопатологи разрабатывают технологию «генетической полиции» для контроля церкоспороза сои. Речь идет об РНК-интерференции, которая действует только на конкретный вид патогена.
«Мои исследования сосредоточены на подавлении генов для создания нетоксичных, целенаправленных решений, которые помогут фермерам защитить урожай от болезней. Профилактический подход к борьбе с болезнями наиболее эффективен для снижения потерь урожая, но патогены развивают устойчивость к коммерческим фунгицидам», — объясняет Чжи-Юань Чен , профессор фитопатологии в Университете штата Луизиана.
Он работает над проблемой церкоспорозной пятнистости листьев, очень распространенной проблемой сои в Луизиане, при поддержке программы Soy Checkoff от Совета по исследованиям и продвижению сои и зерна Луизианы. Соответствующее финансирование от Совета по сое Среднего Юга также поддерживает эту работу и изучение других болезней сои.
Чен и его команда идентифицируют и создают молекулы, имитирующие последовательности рибонуклеиновой кислоты, известной как РНК, обнаруженные в Cercospora flagellaris, патогене, вызывающем церкоспорозное поражение листьев. Он объясняет, что РНК может быть хрупкой. Чаще всего она встречается в виде одной нити, но для повышения стабильности молекул, используемых для борьбы с болезнями, его команда создает двухцепочечную РНК (дцРНК) для опрыскивания листьев сои. Эти последовательности дцРНК можно применять к сое, чтобы «отключить» гены в Cercospora, подавляя развитие болезни.
Чен считает, что часть нанесенной РНК остается на поверхности листьев, а часть проникает в растение: «Когда патоген сталкивается с малыми интерферирующими РНК, полученными из двухцепочечной РНК, и взаимодействует с ними, важные функции патогена подавляются, что делает его неэффективным в вызывании заболевания. Эта концепция аналогична вакцине Pfizer, используемой для борьбы с COVID-19».
Его команда провела скрининг различных видов Cercospora и обнаружила, что у них очень похожие консервативные гены, то есть многие белковые последовательности остаются неизменными у разных видов. Они выяснили, что наиболее эффективные последовательности дцРНК, нацеленные на поражение Cercospora flagellaris, также подавляют другие заболевания, такие как пятнистость листьев, вызываемая Cercospora sojina, близким родственником Cercospora flagellaris.
Эти двухцепочечные РНК способны успешно подавлять гены патогенов рода Cercospora и препятствовать развитию заболевания с помощью одного опрыскивания в тепличных условиях или двух опрыскиваний с интервалом в 10 дней в полевых условиях, демонстрируя потенциал этого подхода для борьбы с болезнями. Кроме того, сочетание нескольких целевых последовательностей в составе препаратов предотвращает развитие устойчивости патогенов.
«Мы наблюдали снижение роста грибов на 70-80% в соевых бобах, обработанных РНК, по сравнению с необработанными соевыми бобами. Это статистически не отличается от снижения роста грибов на 80-90%, которое обеспечивают коммерческие фунгициды», — сообщает Чен.
В качестве следующего этапа этого исследования команда Чена занимается выявленными ими ограничивающими факторами.
«Наша цель — добиться того, чтобы однократное применение нетоксичного биопестицида на основе двуцепочечной РНК обеспечивало эффективность и стоимость, сопоставимые с коммерческими фунгицидами», — говорит он.
Однако солнечный свет или ультрафиолетовые лучи могут разрушать двухцепочечные РНК, а дождь может их смыть.
Ученый исследует потенциал доставки с помощью наночастиц, инкапсулируя молекулы двухцепочечной РНК для их защиты. Использование такой системы доставки также может позволить обеспечить медленное, контролируемое высвобождение двухцепочечной РНК, что позволит дольше сохранять вещество на соевых бобах.
Чен также изучает потенциал адъювантов для лучшего удержания двухцепочечной РНК на месте и облегчения ее проникновения в растения сои.
«Добавки, смешанные с коммерческими химикатами, помогают активным ингредиентам лучше прилипать к листьям и размягчают восковой налет на листьях для лучшего проникновения», — объясняет он.
Эти технологии помогают снизить эффективные нормы внесения двухцепочечной РНК и повысить ее стабильность на соевых бобах без ущерба для эффективности. Сохранение стоимости крупномасштабного производства и применения биотехнологии на уровне коммерческих фунгицидов сделает ее конкурентоспособным решением для борьбы с церкоспорозом листьев и другими болезнями сои.
Источник: SRIN. Автор: Лаура Темпл. На фото: аспирант распыляет различные двухцепочечные РНК на растения сои, чтобы изучить их влияние на снижение заболеваемости сои церкоспорозом в полевых условиях. Автор фото: Чжи-Юань Чен.
