Gdy samica przestaje pachnieć – jak genetycznie zmodyfikowane ćmy mogą uratować nasze sady

Spis treści:

1. Genetyczna sztuczka na „nieatrakcyjne” ćmy
2. Jak ćmy „rozmawiają” o miłości?
3. Jak odkryto gen odpowiedzialny za zapach ćmy?
4. Czy drożdże będą produkować feromony dla rolnictwa?

Jeśli lubisz obserwować tańczące wokół żarówki ćmy, już zetknąłeś się z jednymi z najbardziej destrukcyjnych szkodników niszczących sady. Wszystko dlatego, że właśnie te owady w swoim stadium larwalnym drążą korytarze w jabłkach, brzoskwiniach i innych owocach. Rolnicy bronią się przed ćmami używając pestycydów. Ale te nie dość, że nie są obojętne dla innych owadów, ze szczególnym uwzględnieniem pszczół, to w dodatku ich nadużywanie doprowadziło do rozwinięcia się odporności na pestycydy u dużej grupy szkodników. Konieczna jest inna, bardziej zielona metoda.

Genetyczna sztuczka na „nieatrakcyjne” ćmy

I tutaj na scenę wkracza dr Marie Inger Dam, szwedzka ekspertka od biotechnologii z Uniwersytetu w Lund. Wraz ze swoim zespołem badawczym usunęła u samic ciem konkretny gen, przez co nie były one w stanie produkować feromonów przyciągających samce. A tam, gdzie nie dochodzi do kopulacji — nie ma potomstwa.

Choć rozwiązanie wydaje się zaskakująco proste, stworzenie „nieatrakcyjnej” ćmy okazało się prawdziwym wyzwaniem.

– Usuwając gen, który pozwala samicom ciem wytwarzać zapach przyciągający partnerów, moi współpracownicy i ja stworzyliśmy „nieatrakcyjnego” motyla — i pokazaliśmy, jak można wykorzystać naturalne instynkty owadów do skuteczniejszej i bardziej ekologicznej ochrony upraw – napisała badaczka w artykule opublikowanym na łamach „The Conversation”.

Dodała, że potrzebujemy nowych, bardziej zrównoważonych metod ochrony roślin, takich jak jabłka, kukurydza, pomidory czy ryż — które często padają ofiarą gąsienic motyli.

Jak ćmy „rozmawiają” o miłości?

Motyle odnajdują partnerów dzięki wydzielanym przez samice feromonom. Ta forma komunikacji chemicznej jest wyjątkowo popularna w świecie owadów. Wykorzystują ją m.in. pszczoły, trzmiele, a nawet muszki owocówki. Każdy gatunek wytwarza jednak feromon charakterystyczny tylko dla siebie.

Samce ciem potrafią wyczuć zapach samicy z odległości 3–4 kilometrów. Gdy uda im się ją zlokalizować, dochodzi do kopulacji. Samiec przekazuje jej tzw. spermatofor — woreczek zawierający nasienie i substancje odżywcze. Po zapłodnieniu samica składa setki, a nawet tysiące jaj. Umieszcza je na liściach, owocach lub łodygach roślin, które będą odpowiednim pokarmem dla larw po wykluciu.

Gąsienice wylęgają się już po kilku dniach, a ponieważ w tym stadium są wyjątkowo żarłoczne, drążą tunele w owocach, niszcząc plony.

Rolnicy od lat stosują syntetyczne feromony, by wywabiać samce z dala od samic i w ten sposób ograniczać ich rozmnażanie. Problem polega na tym, że każdy gatunek tworzy unikatową mieszaninę feromonów, a jej sztuczne odtworzenie w laboratorium jest często kosztowne i skomplikowane.

Aby lepiej zrozumieć ten mechanizm, badacze musieli najpierw określić, w jaki sposób organizm ćmy wytwarza właściwe substancje.

Jak odkryto gen odpowiedzialny za zapach ćmy?

– Nasze badanie dotyczyło owocówki wschodniej (Grapholita molesta), poważnego szkodnika brzoskwiń, jabłek i innych owoców. Celem było znalezienie genu odpowiedzialnego za produkcję jej feromonu – napisała Marie Inger Dam.

Feromony powstają z kwasów tłuszczowych dzięki działaniu określonych enzymów. Aby zidentyfikować właściwy gen, badacze musieli najpierw ustalić, jaki kwas tłuszczowy jest materiałem wyjściowym, a następnie odkryć enzym, który przekształca go w feromon. Ostatnim krokiem było znalezienie genu kodującego ten enzym.

– Korzystając z techniki chromatografii gazowej, udało nam się zidentyfikować mały kwas tłuszczowy, który stanowił surowiec dla zapachu samic. Gdy umieściliśmy tę substancję na gruczole feromonowym ćmy, została przekształcona w feromon – mieliśmy więc punkt wyjścia – wyjaśnia badaczka.

Następnie badacze musieli znaleźć enzym odpowiedzialny za tę przemianę. Analizując DNA ćmy, udało się wyodrębnić gen desaturazy – kluczowy element całego procesu. Wówczas do akcji wkroczyła technologia CRISPR, czyli precyzyjne nożyczki genetyczne, nagrodzone Nagrodą Nobla.

Czy drożdże będą produkować feromony dla rolnictwa?

– Usunęliśmy wskazany gen bezpośrednio z jaj motyla. Kiedy owady dorosły, samice pozbawione genu nie potrafiły już wytwarzać feromonu. To potwierdziło, że odkryliśmy kluczowy element komunikacji płciowej ciem – napisała biotechnolożka.

Badacze podkreślają, że ta metoda może być skuteczna także w przypadku innych gatunków szkodliwych motyli, które posiadają podobny system feromonowy.

– Znając już odpowiedni gen, możemy produkować feromony poza organizmem owada – na przykład w drożdżach lub roślinach, zaprojektowanych jako biologiczne „fabryki”. Takie organizmy mogłyby w naturalny sposób wytwarzać feromony, tanio i bez szkody dla środowiska – podobnie jak dziś drożdże GMO produkują leki, np. insulinę – podsumowuje dr Marie Inger Dam.

To przełomowe podejście może zmienić sposób, w jaki chronimy rośliny – skutecznie, ekologicznie i bez użycia szkodliwych chemikaliów.

Źródło: The Conversation

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.