РНК интерференция (накратко RNAi) се отнася до разграждането на иРНК, причинено от ендогенна или екзогенна двойноверижна РНК, което води до специфична обструкция на експресията на целевия ген, и често се среща в организми. Съобщава се, че през 90-те години на миналия век научните изследователи постепенно откриват феномена на заглушаване на гените на RNAi и сега той се използва широко в областта на ентомологичните изследвания. Тъй като индуцираното от RNAi генно заглушаване има предимствата на висока ефективност, специфичност и простота, тази технология също се използва при разработването на нови пестициди през последните години.
Как RNAi контролира вредителите
RNAi пречи на процесите на транскрипция и транслация на гени, свързани с растежа и развитието на вредители, предотвратявайки протеиновия синтез, което води до намалена адаптивност към околната среда или смърт на вредителите. Този тип контролен метод основно интернализира двойноверижната РНК на целевия ген чрез хранене на вредители. След като насекомите погълнат двойноверижна РНК, която е силно специфична за целевия ген, двойноверижната РНК се абсорбира в средното черво. Ако целевият ген, който трябва да бъде заглушен, не се намира в средното черво, заглушаващият сигнал може да бъде предаден през клетки или тъкани и да достигне мястото на интерферирания целеви ген за RNAi.
Целевите гени, избрани за контрол на вредителите с помощта на RNAi технология, са грубо разделени на пет типа: смъртоносни гени за вредители, гени, свързани с устойчивостта на вредители и имунитет (намаляване на устойчивостта на вредители към химически пестициди), гени, свързани с растежа и развитието на вредителите, гени, свързани с яйцата на вредителите снасяне и гени, свързани с миризмата (които пречат на разпознаването на културите от вредители).
В момента най-популярният начин за въвеждане на двойноверижна РНК в насекомите е чрез хранене. Този метод е лесен за работа и лесен за изпълнение. Понастоящем този метод се използва успешно за контрол на различни вредители като кафяви щиталки, термити, триатомни буболечки и бръмбари по царевични корени. Методът на хранене не изисква специално оборудване и също така е по-удобно да се използва този метод за провеждане на изследвания на RNAi. Този метод обаче е бавнодействащ и не може да се използва от насекоми в стадий яйце и какавида, тъй като те не могат да се хранят.
Предимства на RNAi в контрола на вредителите
(1) Поради високата специфичност на двойноверижната РНК, такива продукти няма да засегнат нецелеви организми.
(2) РНК биопестицидите са вещества, които естествено съществуват в околната среда или организмите, така че тяхната потенциална вреда за нецелевите организми е по-ниска от химическите пестициди. Такива вещества могат също да се разградят по естествени пътища.
(3) Такива продукти могат да бъдат разработени за всички видове вредители. Сравнявайки Bt технологията като пример, изследователите установиха, че устойчивите на Bt насекоми трансгенни култури имат много ограничен ефект при контролирането на смучещи насекоми, тъй като Bt токсините все още не са имали ефект върху такива вредители. Този проблем беше решен с помощта на растително медиирана RNAi.
Предизвикателства и технологични пробиви в прилагането на RNAi
Търговският потенциал на използването на RNAi технология за контрол на вредители зависи главно от ефективността на доставяне на двойноверижна РНК до целевия вредител, дали двойноверижната РНК може да съществува стабилно в тялото на насекомото и концентрацията на инсектицидната примамка. Всички тези фактори влияят на разходите за използване на двойноверижни РНК продукти.
За много компании решаването на проблема с лесното разпадане на РНК е голяма трудност. Въпреки че пръскането, съдържащо двойноверижна РНК, която съответства на специфична генна последователност, може да изключи специфични гени на някои вредители и да постигне ефекти за борба с вредителите, РНК в спрея лесно се разгражда и ефектът не е дълготраен и трябва да се използва често, така че фермерите харчат много пари.
След откриването на феномена RNAi, изследователите са постигнали огромен напредък в насърчаването на приложението на тази технология. Според докладите, изследователски екип от университета на Куинсланд в Австралия е разработил технология, която може да удължи периода на защита на спрейовете. Екипът комбинира РНК с глинени наночастици, които са евтини за производство. Влажните глинени наночастици реагират с въглеродния диоксид във въздуха и постепенно се разпадат, бавно освобождавайки РНК, за да удължи своята ефективност. Тази технология прави тютюневите растения устойчиви на вируса на малки петна по пипера до 20 дни, поставяйки безпрецедентен рекорд. В същото време Дейвид Баулкомб, който отдавна се занимава с изследване на технологията за заглушаване на гени в университета в Кеймбридж в Обединеното кралство, също каза, че комбинацията от РНК и глинени наночастици не носи никакви рискове за безопасността.
През последните години в тази нововъзникваща индустрия се появиха компании с авангардни технологии. Те продължиха да задълбочават научноизследователската и развойна дейност чрез финансиране и сътрудничество. Новите технологии постоянно преодоляват предизвикателствата, пред които е изправено прилагането на RNAi. Включително разработването на технологии за намаляване на разходите за производство на продукти и т.н., те благоприятстват прилагането на такива продукти в системи за биологичен контрол. Нека научим за новите технологии и продукти на водещи компании в бранша чрез горещите тенденции в индустрията през последните години.
RNAi перспективи
През 2019 г. Bayer представи нов продукт, BioDirect, в Агенцията за опазване на околната среда на САЩ за регистрация с двойноверижна РНК за контрол на акарите Вароа – вредителя, който представлява най-голямата заплаха за световната пчеларска индустрия. Това е първото подаване до Агенцията за опазване на околната среда на САЩ за активна съставка на РНК биопестицид за екзогенни приложения в индустрията.
Настоящите изследвания показват, че е възможно да се прилагат RNAi продукти чрез листно пръскане, инжектиране на ствола и напояване. Други методи на приложение, като например покритие на семена, изискват допълнителни изследвания.
В бъдеще непрекъснатите подобрения в технологията за приготвяне на РНК също ще подобрят ефикасността и полевата стабилност на RNAi, които могат да заменят химически пестициди или да се използват в комбинация с химически пестициди, за да се намали зависимостта на селското стопанство от вредни синтетични пестициди.
С напредъка на научните изследвания, генните последователности на вредни организми непрекъснато се откриват, хората разбират все повече механизма на RNAi, а цената и ефикасността на производството на RNAi са допълнително подобрени. Такива нови биопестициди с висока специфичност и екологосъобразност ще играят все по-важна роля в областта на контрола на вредителите.
Qiu Dewen, заместник-директор на Института за защита на растенията към Академията на селскостопанските науки, веднъж каза, че бъдещата тенденция на развитие на биопестицидите ще включва горещи области за изследване и развитие като технология за РНК интерференция, технология за възстановяване на здравето на почвата и технология за индуциране на имунитета на растенията.
