Биологи Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод манипулирования генами сельскохозяйственного вредителя, который заполонил большую часть Соединенных Штатов и нанес ущерб ценным ягодным и другим плодовым культурам на миллионы долларов.
Исследование под руководством Анны Бухман в лаборатории Омара Акбари, нового профессора генетики насекомых Калифорнийского университета в Сан-Диего, описывает первую в мире систему «генного драйва» - механизм управления генетической наследственностью - у плодовой мушки Drosophila suzukii широко известный как пятнистокрылая дрозофила.
Как сообщалось 17 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences, Бухман и ее коллеги разработали систему генного драйва, названную Medea (названной в честь мифологической греческой волшебницы, убившей свое потомство), в которой синтетический «токсин» и соответствующая функция «противоядия», позволяющая резко влиять на скорость наследования с почти идеальной эффективностью.
«Мы разработали систему генного драйва, которая существенно влияет на наследственность у этих мух и может распространяться в их популяциях», - сказал Бакман. «Он обходит обычные правила наследования. Это новый метод манипулирования популяциями этих инвазивных вредителей, которым здесь вообще не место».
Уроженец Японии, высокоинвазивная муха была впервые обнаружена на западном побережье в 2008 году, и в настоящее время зарегистрирована более чем в 40 штатах. Пятнистокрылая дрозофила использует острый орган, известный как яйцеклад, чтобы протыкать созревающие плоды и откладывать яйца непосредственно внутри урожая, что делает ее гораздо более разрушительной, чем другие мухи-дрозофилы, которые откладывают яйца только поверх разлагающихся плодов. Сообщается, что Drosophila suzukii нанесла более 39 миллионов долларов убытков только калифорнийской малиновой промышленности и примерно 700 миллионов долларов в год в США в целом.
В экспериментах с пятнистокрылой дрозофилой в изолированных клетках с использованием синтетической системы Medea исследователи сообщили о 100-процентной эффективной систематической ошибке наследования в популяциях, происходящих в 19 поколениях.
"Мы предполагаем, например, заменить диких мух живыми мухами, которые не могут откладывать яйца непосредственно в чернику", - сказал Бухман.
Применение новой системы синтетического генного драйва может включать распространение генетических элементов, придающих восприимчивость к определенным факторам окружающей среды, таким как температура. Например, при достижении определенной температуры гены модифицированной пятнистой мухи вызовут ее гибель. Эта система не повлияет на другие виды плодовых мушек.
«Это первая система генного драйва у крупного мирового вредителя сельскохозяйственных культур», - сказал Акбари, который недавно перевел свою лабораторию в Калифорнийский университет в Сан-Диего из Калифорнийского университета в Риверсайде, где началось исследование.«Учитывая, что некоторые штаммы продемонстрировали 100-процентный неменделевский коэффициент передачи, намного превышающий 50-процентный ожидаемый для нормальной менделевской передачи, эта система может в будущем использоваться для контроля популяций D. suzukii».
Другой возможностью для новой системы генного драйва может быть повышение восприимчивости к экологически безопасным инсектицидам, уже используемым в сельскохозяйственной промышленности.
"Я думаю, что все хотят иметь доступ к качественным свежим продуктам, которые ничем не загрязнены и не обработаны токсичными пестицидами, поэтому, если мы не будем бороться с Drosophila suzukii, потери урожая продолжатся и могут привести к повышению цен", - сказал Бухман. «Таким образом, эта система генного драйва является биологически и экологически безопасным способом защиты важной части наших продуктов питания».
Соавторы статьи включают Джона Маршалла из Калифорнийского университета в Беркли, Денниса Островски из Калифорнийского университета в Риверсайде и Тинг Янг из Калифорнийского университета в Риверсайде, а теперь и Калифорнийского университета в Сан-Диего. Калифорнийский совет по вишне поддержал исследование грантом.