Эксперименты показали, что обработка предложенным составом
уменьшает площадь поражения листьев до трёх 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
грибков-патогенов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского
научного фонда (РНФ) и Правительством Приморского края, опубликованы в Journal of Fungi.
Томаты — одна из самых распространённых овощных
культур в мире. Однако их урожаи во многих регионах, особенно с теплым и
влажным климатом, часто оказываются под угрозой из-за грибковых заболеваний.
Один из наиболее опасных патогенов, который поражает томаты, а также картофель,
злаки и многие другие культуры, — грибок альтернария альтерната (Alternaria
alternata). Он вызывает отмирание участков листьев и стеблей растения и часто
приводит к его гибели. Традиционно с этим грибком борются с помощью химических
средств, которые могут попадать в почву и подземные воды, а потому загрязнять
экосистемы. Более того, болезнетворные грибки со временем развивают
устойчивость ко многим химикатам. Поэтому специалисты ищут более экологичные и
эффективные методы защиты урожая.
Авторы исследования разработали препараты на
основе двухцепочечных РНК, которые эффективно подавляют рост грибка
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, поражённых грибком, 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 грибка и
прекращению инфекции. Поскольку выбранных генов-мишеней (Tub2, TEF1a и Alt-a1)
нет в растительных клетках, такая обработка не наносила вреда растению.
Исследователи протестировали предложенную технологию
на карликовых томатах, которые удобно выращивать в лаборатории. Сначала на
листья растений нанесли споры грибка альтернарии, а через час — растворы с
двухцепочечными РНК. Часть растений для сравнения вместо противогрибковых
препаратов обработали обычной водой, а ещё 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
поражённых 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.
Растения томата после инокуляции (а)
водой; (б) спорами A. alternata; (в) спорами A. alternata и Alt-a1-dsRNA; (г)
спорами A. alternata и TEF1a-dsRNA; (д) спорами A. alternata и Tub2-dsRNA; (е)
спорами A. alternata и NPTII-dsRNA; (ж) спорами A. alternata и 0,2 % раствором
КС-карбендазима
Кроме того, анализ показал, что содержание
хлорофилла — зелёного 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 РНФ.