Rośliny oszukują szkodniki perfumami. Mogą obejść się bez pestycydów

Dzięki precyzyjnym technikom inżynierii genetycznej naukowcy z Earlham Institute w Norwich byli w stanie zamienić rośliny tytoniu w zasilane energią słoneczną fabryki feromonów płciowych ćmy. To może pozwolić w naturalny sposób zwalczać szkodniki. Co najważniejsze, pokazali, w jaki sposób można skutecznie zarządzać produkcją tych cząsteczek, aby nie utrudniać normalnego wzrostu roślin.

Feromony to złożone substancje chemiczne wytwarzane i uwalniane przez organizm jako środek komunikacji. Pozwalają członkom tego samego gatunku wysyłać sygnały, np. o tym, że poszukują partnera. 

Takie chemiczne sygnały są już stosowane w rolnictwie. Farmerzy w niektórych krajach rozwieszają wokół upraw rozpylacze feromonów samic owadów, które zwabiają samców do pułapek. Cząsteczki feromonów można wytwarzać w ramach przemysłowych procesów chemicznych, ale ich synteza jest często kosztowna i tworzy toksyczne produkty uboczne.

Dr Nicola Patron, która kieruje Grupą Biologii Syntetycznej w Instytucie Earlham, do produkcji feromonów wykorzystała zmodyfikowane genetycznie rośliny. Tworząc moduły genetyczne zawierające instrukcje budowy nowych cząsteczek, badacze mogą zamienić roślinę, taką jak tytoń, w fabrykę feromonów, która potrzebuje tylko światła słonecznego i wody.

"Biologia syntetyczna może pozwolić nam modyfikować rośliny tak, aby produkowały więcej substancji, które są przez nie wytwarzane naturalnie lub dostarczyć instrukcje genetyczne, które pozwolą im budować nowe cząsteczki, takie jak leki lub feromony" - mówi badaczka.

We współpracy z naukowcami z Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej Roślin w Walencji, zespół "nauczył" tytoń produkcji feromonów płciowych ćmy. Ta sama roślina została wcześniej zaprojektowana do produkcji przeciwciał zwalczających wirusa ebola.

Grupa zbudowała w laboratorium nowe sekwencje DNA naśladujące geny ćmy i wprowadziła do genomu kilka przełączników molekularnych, pozwalających precyzyjnie regulować ich ekspresję, czyli włączać i wyłączać proces produkcji feromonów. To było istotne, bo zmuszanie roślin do ciągłego budowania tych cząsteczek ma swoje wady.

"Gdy zwiększamy wydajność zbyt wiele energii jest poświęcanej na produkcję feromonów, a nie na normalny wzrost i rozwój" - tłumaczy dr Patron. "Rośliny produkują wtedy wiele feromonów, ale nie są w stanie urosnąć do dużych rozmiarów, co zasadniczo zmniejsza wydajność produkcji. Nasze nowe badania zapewniają sposób regulowania ekspresji genów z dużo większą dokładnością". 

Geny generujące feromony ćmy można włączać i wyłączać, podając roślinom siarczan miedzi, łatwo dostępny i tani związek powszechnie stosowany w rolnictwie. 

Zespół ma nadzieję, że praca utoruje drogę do rutynowego wykorzystywania roślin do produkcji szerokiej gamy cennych produktów naturalnych.

"Główną zaletą wykorzystywania roślin jest to, że budowanie złożonych cząsteczek przy użyciu procesów chemicznych może być znacznie droższe" - tłumaczy dr Patron. "Rośliny już teraz wytwarzają szereg użytecznych molekuł, a wykorzystując najnowsze techniki możemy dostosować i udoskonalić istniejącą maszynerię biologiczną. W przyszłości możemy zobaczyć szklarnie pełne fabryk roślinnych - zapewniających bardziej ekologiczny, tańszy i bardziej zrównoważony sposób wytwarzania złożonych cząsteczek".