Версия для печати

Здобутки нобелівських лауреатів реалізовані в Україні  

 

Протягом останніх 15 років велика увага в світі приділяється виділенню з клітин еукаріотів та визначенню біологічної активності малих регуляторних РНК (RNAі – RNA interference). За відкриття фундаментального явища РНК-інтерференції - придушення експресії генів за допомогою дволанцюгових РНК, вченим Andrew Fire та Craig Mello у 2006 р. було присуджено Нобелівську премію в галузі фізіології та медицини.

 

                        

Эндрю Файер (Andrew Fire) народився 27 квітня 1959 у Пало-Альто (штат Каліфорнія, США). У 1978 р. отримав ступінь бакалавра з математики в Каліфорнійському університеті в Берклі, а в 1983 р. - докторську ступінь з біології в Массачусетському технологічному інституті (Кембридж) під керівництвом Ф.Шарпа (нобелівського лауреата 1993 р.). В даний час - член Національної академії наук і Американської академії мистецтв і науки, професор кафедр патології і генетики медичної школи Стенфордського університету.

Крэйг Мэллоу (Craig Mello) народився 18 жовтня 1960 у Нью-Хейвені (штат Коннектикут, США). У 1982 р. закінчив Університет Брауна (штат Род-Айленд), докторську ступінь з біології отримав в 1990 р. в Гарвардському університеті (Бостон, штат Массачусетс). Нині - член Національної академії наук, професор кафедри молекулярної медицини медичної школи Університету штату Массачусетс (Ворчестер), а також науковий співробітник Медичного дослідницького інституту ім. Говарда Хьюза.

За результатами обстежень, проведених за останнє десятиліття різними установами НААН, бурякову нематоду виявлено у Вінницькій (загальна площа під вогнищами – 63,2 тис. га), Сумській (49,3 тис га), Хмельницькій (38,5 тис. га), Черкаській (11,7 тис. га), Київській (8,5 тис. га), Чернігівській (7,7 тис га), Житомирській (4,9 тис га), Тернопільскій (3,3 тис га) та Полтавській (2,3 тис га) областях – традиційно старих районах буряківництва. (стр. 156, журнал Агроном №1, лютий 2013 р.) 

В багатьох випадках на масову інфекцію (при епізоотії шкідників) у клітинах рослин виробляється недостатньо молекул siRNA проти паразитів і тому, відповідно, не досягається повний захисний ефект. Вчені пропонують 2 підходи підвищення кількості siRNA у відповідь на патогенез:

1) методом введення у клітини додаткового числа генів siRNA шляхом генетичної трансформації;

2) активацією експресії власно клітинних генів синтезу siRNA специфічними індукторами. 

На Уладово-Люлинецькій дослідно-селекційній станції (Вінницька обл.) Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН України були проведені досліди з визначення ефективності дії нових регуляторів росту рослин з біозахисним ефектом проти бурякової нематоди в польових умовах інфікованих фонів на протязі 2010-2011 років. 

В дослідах застосовували допосівну обробку насіння новими регуляторами росту рослин: Радостим, Regoplant, Біолан, Біоген, а у фазі 6-8 листків цукрових буряків проводили обприскування рослин регуляторами росту Stimpo (50 мл/ 250л води на 1 га).

Ефективність дії регуляторів росту рослин проти бурякової нематоди в прикореневому ґрунті визначалася у відсотках за різницею між допосівною чисельністю бурякової нематоди у ґрунті та щільністю її популяції після розвитку першого покоління. 

Облік урожаю цукрових буряків проводили шляхом зважування всіх коренеплодів з кожної ділянки і перераховували на гектар посіву. 

Цукристість коренеплодів визначали на поточній лінії «Венема» методом холодної дегестії в умовах дослідної станції. 

За результатами лабораторного аналізу відібраних зразків ґрунту встановлено, що допосівна чисельність бурякової нематоди на дослідних ділянках становила у середньому 4647 яєць та личинок (я+л)/100см3 ґрунту, тобто у 23 рази перевищувала економічний поріг шкодочинності нематоди (200 я+л/100см3 ґрунту). 

Результатами досліджень встановлено, що ефективність дії регуляторів росту рослин за обробки ними насіння цукрових буряків та обприскування в період вегетації проти бурякової нематоди неоднакова і коливалася у межах від 22,4 до 74,2%. Високу ефективність дії у зниженні чисельності бурякової нематоди отримано при застосуванні регулятора росту Регоплант. Чисельність нематоди у ґрунті в даному випадку знизилась з 4375 до 1131 я+л/100 см3 ґрунту або на 74,2%. Дещо нижчу протинематодну дію забезпечила обробка насіння регулятором росту Біоген. Його використання дозволило зменшити щільність популяції паразита у 2,2 рази або на 55,2%. Застосування регуляторів росту Біолан та Радостим забезпечило зниження чисельності бурякової нематоди у ґрунті відповідно на 22,4% та 32,2% або в 1,3-1,5 рази. 

На всіх варіантах досліду із застосуванням регуляторів росту врожайність цукрових буряків та збір цукру істотно перевищували контрольний варіант – відповідно на 1,7-6,5 та 0,6-1,4 т/га (таб. 1). Найвищі ці показники отримано на варіантах, де застосовували регулятори росту Біоген та Регоплант, відповідно цукросировини – 40,1 і 40,0 т/га та 6,1 і 6,2 т/га цукру.

 

Таблиця 1

Вплив регуляторів росту рослин на продуктивність цукрових буряків (УЛДСС 2010 р.)

Варіант досліду   Насіння, оброблене регулятором росту

Норма витрат РРР, мл/т

Продуктивність культури

Врожайність,

т/га

Цукристість,

%

Збір цукру,

т/га

Контроль

-

33,6

14,2

4,8

Радостим

250

36,3

15,2

5,5

Регоплант

250

40,0

15,6

6,2

Біоген

250

40,1

15,3

6,1

Біолан

25

35,3

15,2

5,4

 

Таким чином результати досліджень показали, що завдяки обробці насіння (Радостим, Регоплант, Біоген, Біолан) та обприскуванню (Біолан-Екстра) посівів цукрових буряків у фазі 6-8 листків чисельність бурякової нематоди в ґрунті знижується на 22,4-74,2%, що дозволяє підвищити врожайність коренеплодів цукрових буряків, цукристість та збір цукру. 

При проведенні лабораторних дослідів ми виходили з того, що ураження організму різними типами патогенів чи паразитами індукує синтез специфічних до структури їх mRNA пул siRNA, і це дозволило нам припустити, що регулятори росту стимулюють синтез siRNA, завдяки чому здійснюється підвищення імунітету рослин за вказаним механізмом дії siRNA. 

В якості модельних дослідів нами були взяті рослини цукрового буряку та бурякова цистоутворююча коренепаразитуюча нематода Heterodora schachtii.

 

                     з РРР                                        без РРР

  

 

Насіння цукрового буряку пророщували в чашках Петрі, контрольні - без регуляторів росту і дослідне - з обробкою препаратом Регоплант, в які додавали цисти нематод. В процесі інкубації при 23°С з'являлись личинки нематод (приблизно на 6-й день). Проростки із обробленого регулятором росту Регоплант насіння не відчували негативного впливу нематод, а необроблені регулятором росту проростки цукрового буряку всі загинули.

Для дослідів по гібридизації siRNA з mRNA перед одержанням siRNA, її інтенсивно мітили invivo радіоактивно міченим Р за допомогою Nа2Н33РO4. Для дослідів по перевірці її інгібуючої активності в безклітинних системах білкового синтезу ми використовували немічену siRNA. 

Як свідчать отримані результати, Регоплант різко підвищує синтез siRNA, а інфікування рослин нематодами, навпаки, різко знижує синтез цього класу RNA. Нематодна інфекція знижує синтез власно клітинних siRNA, який значно підвищується при стимуляції регулятором росту та розвитку рослин Регоплант. Але цей прискорений ріст пригнічується личинками і в той же час підсилюється синтез захисних антинематодних siRNA з комплементарною структурою до mRNA нематод. 

5-денні проростки рослин інкубували з  2Н33РO4 протягом 1 год. в чашках Петрі. Регуляторні siRNA – антисенсові, комплементарні до mRNA, виділяли по розробленій нами методиці одержання високоочищених нативних препаратів siRNA. Аліквоти радіоактивних siRNA вміщували на нітроцеллюлозні підложки з послідуючим підрахунком радіоактивності.

 

Таблиця 2

Вплив регуляторів росту Регоплант на включення Nа2Н33РO4 в siRNA в клітинах 5-денних проростків цукрового буряку, інкубованих і неінкубованих з нематодами

Варіанти дослідів

імп/хв

1.

Контроль (проростки рослин, інкубовані на водному середовищі)

2680 +/- 98

2.

Проростки, одержані на водному середовищі з Регоплант

4309 +/- 121

3.

Проростки, вирощені на водному середовищі з личинками нематод

1970 +/- 83

4.

Проростки, вирощені на в.с. з Регоплант і личинками нематод

3760 +/- 112

 

Висновки: сукупність одержаних результатів демонструє, що використання створених в ДП «Міжвідомчий науково-технологічний центр «Агробіотех»» НАН України регуляторів росту рослин підвищують імунітет рослин проти нематодної інфекції і що цей біологічний ефект досягається підсиленням синтезу малих регуляторних siRNA, споріднених (комплектарних) до структури mRNA нематод. Внаслідок чого блокується трансляція нематодних mRNA, що й призводить до значної загибелі личинок паразитів. 

Ці технології вже є реальністю для багатьох аграріїв України завдяки виробництву ДП МНТЦ "Агробіотех" і крокують на експорт.

 

Сергій ПОНОМАРЕНКО, директор ДП МНТЦ «Агробіотех»;

Василь САБЛУК, доктор с.-г. наук, Інститут цукрових буряків НААНУ;

Анатолій ГАЛКІН, доктор біол. наук, Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАНУ