Ученые разработали препарат на основе молекул РНК для борьбы с грибом альтернарией, который снижает урожайность томатов, картофеля, злаков и других растений. Эксперименты показали, что обработка предложенным составом уменьшает площадь поражения листьев до трех раз, что по эффективности превосходит традиционные сельскохозяйственные химикаты. Разработка позволит бороться с болезнями культурных растений более экологичным способом и предотвратить развитие устойчивости к существующим средствам у грибов-патогенов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ) и Правительством Приморского края, опубликованы в Journal of Fungi.
Томат — одна из самых распространенных овощных культур в мире. Однако урожаи во многих регионах, особенно с теплым и влажным климатом, часто оказываются под угрозой из-за грибных заболеваний.
Один из наиболее опасных патогенов, который поражает томаты, а также картофель, злаки и многие другие культуры, — гриб альтернария альтерната (Alternaria alternata). Он вызывает отмирание участков листьев и стеблей растения и часто приводит к его гибели. Традиционно с этим грибом борются с помощью химических средств, которые могут попадать в почву и подземные воды, а потому загрязнять экосистемы. Более того, болезнетворные грибы со временем развивают устойчивость ко многим химикатам. Поэтому ученые ищут более экологичные и эффективные методы защиты урожая.
Исследователи из Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН (Владивосток) и Дальневосточного федерального университета (Владивосток) разработали препараты на основе двухцепочечных РНК, которые эффективно подавляют рост гриба альтернарии.
Молекулы РНК, использованные в качестве активного вещества, представляли собой копии трех генов, жизненно важных для грибных клеток, — Tub2, TEF1a и Alt-a1. Когда такие препараты распыляли на листья растений, пораженных грибом, РНК проникали в клетки патогена, связывались с продуктами активности генов-мишеней, блокировали их и тем самым останавливали процессы, отвечающие за деление и рост. Это приводило к гибели гриба и прекращению инфекции. Поскольку выбранных генов-мишеней (Tub2, TEF1a и Alt-a1) нет в растительных клетках, такая обработка не наносила вреда растению.
Ученые протестировали предложенную технологию на карликовых томатах, которые удобно выращивать в лаборатории. Сначала на листья растений нанесли споры гриба альтернарии, а через час — растворы с двухцепочечными РНК. Часть растений для сравнения вместо противогрибных препаратов обработали обычной водой, а еще одну группу — химическим фунгицидом, широко используемым в сельском хозяйстве.
Через семь дней после обработки оказалось, что РНК, нацеленная на ген Alt-a1, лучше всего уберегла растения от инфекции: площадь пораженных тканей на листьях была в три раза меньше по сравнению с растениями, обработанными водой. РНК, нацеленные на гены Tub2 и TEF1a, снизили повреждение листьев в 1,8 и 2,2 раза соответственно. Химический фунгицид оказался наименее эффективен — он уменьшил поражение лишь в 1,4 раза.
Кроме того, анализ показал, что содержание хлорофилла — зеленого пигмента, необходимого для фотосинтеза, — у растений, обработанных препаратами на основе РНК, сохранилось почти на уровне здоровых растений. Это значит, что патоген не смог разрушить клетки листьев и навредить томатам.
«Открытие может стать экологически безопасной альтернативой химическим препаратам для защиты растений от опасного грибкового заболевания. Применение разработанной технологии позволит снизить потери продовольствия, исключить накопление токсичных остатков пестицидов в плодах, защитить здоровье потребителей, а также предотвратить загрязнение агроэкосистем химикатами. В настоящее время мы тестируем новые конструкции двухцепочечной РНК для повышения эффективности этой технологии. Мы также исследуем механизм ответа томатов на гриб Alternaria alternata с целью понимания защитных реакций, протекающих в растениях. Кроме того, мы планируем оценить стабильность двухцепочечной РНК при воздействии различных абиотических факторов и в окружающей среде», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Супрун, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.
На заглавном фото: коллектив лаборатории биотехнологии. Источник: Андрей Супрун / из личного архива.