Технология на основе CRISPR борется с глобальными вредителями сельскохозяйственных культур

Применяя новую технологию, основанную на CRISPR, для решения широкого круга сельскохозяйственных задач, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего поставили перед собой цель уничтожить всемирно известного вредителя, который, как известно, уничтожает ценные продовольственные культуры.

Николай Кандул, Омар Акбари и их коллеги впервые продемонстрировали высокоточный метод стерильных насекомых, или pgSIT, на Drosophila melanogaster, обыкновенной плодовой мушке, в 2019 году. Эта технология, позже адаптированная для комаров, использует программируемые методы CRISPR для редактирования ключевых генов, которые контролировать детерминацию пола и фертильность. В соответствии с новой системой яйца насекомых, разработанные с помощью pgSIT, внедряются в целевую популяцию, и вылупляются только стерильные самцы, что приводит к тупику фертильности для этого вида.

Кандул, Акбари и их коллеги теперь адаптировали технологию для использования с Drosophila suzukii, инвазивной плодовой мухой (также известной как пятнистокрылая дрозофила), которая наносит ущерб урожаю на миллионы долларов.

«Это безопасная, эволюционно стабильная система», — сказал Акбари, профессор кафедры клеточной биологии и биологии развития Школы биологических наук. «Кроме того, система не приводит к неконтролируемому распространению и не сохраняется в окружающей среде — обе важные функции безопасности помогут ей получить разрешение на использование».

Мухи D. suzukii вторглись во многие части мира и нанесли значительный сельскохозяйственный и экономический ущерб нескольким сельскохозяйственным культурам, включая яблоки, вишню, малину, чернику, клубнику, персики, виноград, оливки и помидоры.

Известно, что мухи размножаются, откладывая яйца внутри растущих плодов. Их, как известно, трудно контролировать, поскольку их личинки поедают созревающую мякоть плодов, что ограничивает эффективность распыления инсектицидов. Известно, что некоторые мухи становятся устойчивыми к инсектицидам, и многие химические вещества, используемые в инсектицидах, в настоящее время запрещены из-за угрозы здоровью человека.

Концепции, лежащие в основе pgSIT, восходят к 1930-м годам, когда фермеры нашли способы выпускать стерильных самцов в свои посевы, чтобы уменьшить ущерб от вредителей. К середине века фермеры Соединенных Штатов начали использовать радиацию для стерилизации таких вредителей, как муха Нового Света.

С помощью CRISPR ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего избежали необходимости в вредном излучении и вместо этого используют редактирование CRISPR, чтобы специально нацелить гены, необходимые для жизнеспособности самок D. suzukii и мужской фертильности. Как предполагалось, яйца pgSIT можно было бы производить на заводе и выпускать в местах, зараженных такими вредителями, как D. suzukii. Яйца могут быть размещены непосредственно в местах, где мухи наносят ущерб, и примерно через две недели вылупятся только стерильные самцы. Поскольку нокаутированы только два гена, самцы становятся достаточно подготовленными, чтобы конкурировать со своими дикими собратьями, и быстро ищут самок для спаривания, что приводит к нежизнеспособному потомству.

«Эта технология заменит потребность в инсектицидах и только подавит популяцию целевых видов», — сказал Акбари. «За последние четыре года мы разработали pgSIT для нескольких разных видов. В будущем мы надеемся использовать его в качестве платформенной технологии, которую можно будет переносить на целый ряд вредителей для безопасного решения реальных проблем».

Источник: https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/genbio.2022.0019