Ana Maria Vélez, naukowiec z firmy Husker, jest pionierką technologii genetycznej mającej na celu powstrzymanie zachodniego robaka korzenia kukurydzy, który rocznie powoduje straty w plonach i koszty kontroli o wartości do 2 miliardów dolarów w Pasie Kukurydzy. Celem badania jest powstrzymanie szkodników rolniczych poprzez ukierunkowanie na geny robaków korzeniowych.

Ta technika genetyczna, znana jako RNAi, zwiększa śmiertelność larw robaków korzeniowych w celu ochrony rośliny kukurydzy.

Vélez, profesor nadzwyczajny na Wydziale Entomologii Uniwersytetu Nebraski – Lincoln, wyjaśnił obszar badań w niedawnej prezentacji na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej, a później w Internecie. Ona i współautor Ken Narva z Greenlight Biosciences omówili swój nowy artykuł „RNA Interference in Agriculture: Methods, Applications and Governance”, poruszający szeroki zakres wymiarów w tej dziedzinie nauki.

Sponsorem ostatnich wydarzeń była Rada Nauki i Technologii Rolniczej. W artykule opisano sposób funkcjonowania RNAi, jego obecne zastosowania w rolnictwie oraz poglądy regulacyjne dotyczące pestycydów na bazie RNAi. Całość kończy się omówieniem aktualnych wyzwań stojących przed komercyjnym zastosowaniem tej technologii w rolnictwie.

Analiza Véleza i Narvy stanowi źródło informacji dla agencji regulacyjnych, decydentów i prawodawców, instytucji prywatnych i publicznych oraz społeczeństwa.

Spotkanie w stanie Karolina Północna było ostatnią z serii prezentacji, do wygłoszenia których Vélez był zapraszany na konferencjach w USA i na świecie.

Vélez i doktoranci w jej laboratorium poszerzają wiedzę na wiele sposobów. Naukowcy skupiają się na małych interferujących cząsteczkach RNA pochodzących z zastosowanych dwuniciowych cząsteczek RNA. Interferujące cząsteczki RNA wiążą się z docelowymi genami robaków korzeniowych i uniemożliwiają im wytwarzanie białek umożliwiających określone funkcje fizjologiczne.

Naukowcy rozwijają technologię RNAi w celu opracowania upraw pod kątem cech odporności na owady lub jako bioinsektycydu do opryskiwania do stosowania w programach zintegrowanego zwalczania szkodników. Innym obszarem badań jest rozwój doustnego RNAi w celu zwalczania komarów przenoszących patogeny.

Za pośrednictwem swojego laboratorium Husker Vélez „wykonuje nowatorskie prace mające na celu manipulowanie ekspresją genów szkodników w celu zwalczania tych owadów” – powiedział John Ruberson, profesor i kierownik Katedry Entomologii. „Jej praca skupiała się na tym, jak interferencja z RNA w komórkach owadów może zakłócić mechanizmy komórkowe i stłumić szkodniki”.

Vélez i jej studenci laboratoryjni wraz z Lance’em Meinke, emerytowanym profesorem entomologii w Nebrasce realizują wiele projektów w tej dziedzinie. Identyfikują odpowiednie geny robaka korzeniowego, a następnie badają, w jaki sposób pożądane cząsteczki RNAi dostają się do komórki, są przez nią przetwarzane i przemieszczają się po ciele robaka korzeniowego. Jeden z projektów ma na celu identyfikację konkretnego genu robaka korzeniowego, który kieruje larwy w kierunku korzeni roślin kukurydzy, które następnie atakują.

Vélez jest światowym ekspertem w tej dziedzinie. We wrześniu przemawiała w Waszyngtonie do przedstawicieli przemysłu i rządu, dzieląc się swoją wiedzą specjalistyczną dotyczącą oceny ryzyka ekologicznego pestycydów na bazie RNAi. Od 2017 roku organizuje coroczne sympozjum na temat RNAi dla Entomology Society of America. W 2019 r. poinformowała przedstawicieli rządu w Organizacji Rozwoju Gospodarczego i Współpracy w Paryżu o pestycydach na bazie RNAi.

Dodanie technik genetycznych do wykazu działań zapobiegawczych przeciwko temu zagrożeniu upraw ma szczególne znaczenie w świetle niezwykłych zdolności adaptacyjnych robaków korzeniowych kukurydzy, powiedział Vélez.

„W różnych lokalizacjach rozwinęła się u nich odporność na różne rodzaje pestycydów, Bt (białka toksyczne dla robaków korzeniowych), a nawet na płodozmian” – powiedziała. „Uczą się składać jaja na soi, bo wiedzą, że prawdopodobnie w następnym roku zostanie ona wysiana na kukurydzę. Pod pewnymi względami są naprawdę niesamowitymi owadami, ponieważ przystosowują się do wszystkiego.

Biorąc pod uwagę, że wykazuje to odporność, najlepiej zastosować wiele metod zapobiegania robakom korzeniowym, włączając RNAi, białka Bt, środki owadobójcze i płodozmian, powiedział Vélez.

SmartStax PRO, genetycznie zmodyfikowane nasiona kukurydzy wykorzystujące białka RNAi i Bt do zwalczania zagrożenia robakami korzeniowymi, stały się dostępne w 2022 r. dla producentów w USA i cieszą się coraz większym zastosowaniem.

Jednakże odporność robaków korzeniowych grozi z czasem osłabieniem skuteczności SmartStax PRO i podkreśla potrzebę opracowania wszechstronnego zrozumienia nauki o RNAi w odniesieniu do tego szkodnika. UNL ma dobrą pozycję, aby wypełnić luki w wiedzy w kluczowych obszarach: identyfikacja genów, przetwarzanie cząsteczek RNAi przez robaki korzeniowe, specyfika odporności na robaki korzeniowe i zastosowanie w przypadku innych gatunków owadów.

Naukowcy odwiedzili laboratorium UNL Vélez, aby dowiedzieć się nie tylko o jej badaniach nad RNAi, ale także o jej mentoringu. Mentoring, powiedziała, „odgrywa ogromną rolę w przypadku uczniów biorących udział w moim programie”.

Po tym, jak Vélez przekazała ustawodawcom informacje na międzynarodowej konferencji w Paryżu w 2019 r., poprosiła swoich uczniów o przejrzenie jej prezentacji. Celem jest ich zaangażowanie – dodała. „W ten sposób znają także wszystkie implikacje tej technologii”.

Oprócz projektów laboratoryjnych studenci biorą udział we wspólnych badaniach, które Vélez prowadzi z firmami z sektora prywatnego.

„W ten sposób postrzegają badania nie tylko z akademickiego punktu widzenia, ale także z branżowego punktu widzenia – jakie pytania zadają firmy?” powiedziała. „Dzięki temu studenci zdobywają szersze doświadczenie”.