Разработана экологичная замена химикатам для защиты томатов от грибка

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.