Использование иммуносупрессантов насекомых для повышения эффективности биопрепаратов на основе бактерий Bacillus thuringiensis

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-16-20031

НазваниеИспользование иммуносупрессантов насекомых для повышения эффективности биопрепаратов на основе бактерий Bacillus thuringiensis

Руководитель Дубовский Иван Михайлович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" , Новосибирская обл

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова Защита растений, Bacillus thuringiensis, RNAseq, колорадский жук, капустная совка, биоконтроль, органическое земледелие, БТ, иммуносупрессоры

Код ГРНТИ68.37.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание биологических инсектицидов нового поколения на основе штаммов бактерий Bacillus thuringiensis (Bt) с иммуносупрессантами насекомых для контроля численности экономически значимых видов насекомых - вредителей сельскохозяйственных культур: колорадского жука, лугового мотылька, капустной совки, капустной белянки и других. Широкое применение современных биоинсектицидов, с одной стороны, сдерживается нестабильностью их действия из-за влияния различных факторов абиотической и биотической природы, среди которых наибольшее значение имеют видовые особенности фитофагов, обуславливающие уровень их иммунитета к энтомопатогенам. С другой стороны, ограниченный набор бактериальных препаратов на основе Bacillus thuringiensis и регулярное их применение в течение нескольких десятилетий в целях защиты растений создает предпосылки к появлению устойчивых к ним популяций вредителей. Одним из основных путей решения этой проблемы является введение в состав существующих биоинсектицидов различных агентов, «инактивирующих» иммунитет насекомых, и тем самым повышающих эффективность препаратов. Кроме того, поиск новых штаммов Bacillus thuringiensis позволит расширить спектр инсектицидных токсинов, что приведет к снижению риска появления резистентных популяций насекомых. В рамках проекта предусмотрен отбор и характеристика перспективных штаммов Bt с помощью молекулярно-генетических и классических методов, оценка экспрессии факторов вирулентности анализом генома и транскриптома. Высокоточные, современные методы (qPCR, RNAseq, метагеномика) позволят выявить основные механизмы возникновения резистентности насекомых к бактериальным патогенам. Поиск иммуносупрессоров, позволяющих снижать активность или полностью ингибировать определённые звенья иммунитета насекомых, будет осуществляться среди биологически активных веществ различного происхождения - метаболитов энтомопатогенных грибов и бактерий, вторичных метаболитов растений, а также веществ синтетического происхождения. Подбор оптимальных комбинаций иммунносупрессоров и энтомопатогенных бактерий приведет к повышению эффективности и стабильности их применения против насекомых-вредителей. Также будут использована РНК интерференция для блокирования генов, кодирующих реакции защитных систем насекомых вредителей и повышения их восприимчивости к бактериям B. thuringiensis. Таким образом, реализация проекта позволит выявить ключевые механизмы устойчивости насекомых к бактериальным энтомопатогенам, подобрать эффективные штаммы B. thuringiensis и иммуносупрессанты, разработать на их основе комплексные препараты, предназначенные для регуляции численности особо опасных видов сельскохозяйственных вредителей, актуальных для Новосибирской области. В рамках проекта будет разработана научная концепция использования многокомпонентных смесей биологических агентов с добавками, блокирующими иммунную систему насекомых, для создания инсектицидных препаратов нового поколения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шаталова Е.И., Гризанова Е.В., Дубовский И.М. The Effect of Silicon Dioxide Nanoparticles Combined with Entomopathogenic Bacteria or Fungus on the Survival of Colorado Potato Beetle and Cabbage Beetles Nanomaterials, Nanomaterials (Basel) . 2022 May 4;12(9):1558 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12091558

2. Бедарева Е.В., Масленникова В.С., Цветкова В.П., Калмыкова Г.В., Нерсесян С.М., Акулова Н.И., Дубовский И.М. Влияние Bacillus thuringiensis subsp. aizawai на состав почвенной микробиоты и урожайность картофеля Аграрная наука (год публикации - 2024)

3. Дубовский И.М., Гризанова Е.В., Герасимова С.В. Plant recombinant gene technology for pest control in XXI century: from simple transgenesis to CRISPR/Cas Gene Editing in Plants: CRISPR-Cas and Its Applications/Springer Nature Singapore (год публикации - 2024)

4. Педрини Н., Фернандес Э.К.К., Дубовский И.М. Multifaceted Beauveria bassiana and Other Insect-Related Fungi Journal of Fungi , J. Fungi 2024, 10, 142. (год публикации - 2024)
10.3390/jof10020142

5. Масленникова В.С., Шелихова Е.В., Круговых А.А., Сметанникова С.С., Цветкова В.П., Дубовский И.М. ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН БИОПРЕПАРАТАМИ НА ПОЧВЕННУЮ МИКРОБИОТУ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЯРОВОГО РАПСА Плодородие, Плодородие №3•2024 (год публикации - 2024)
10.24412/1994-8603-2024-3138-74-79

6. Дубовский И.М., Гризанова Е.В., Ченгшу В. Physiological and behavioral responses of insects to entomopathogenic fungi Entomopathogenic Fungi in Insects (год публикации - 2025)

7. Д. С. Терещенко, Е. В. Рязанова, Е. В. Шелехова, Т. Ж. Аликина, М. Р. Кабилов, И. М. Дубовский A Comparative Analysis of Immune Response, Gut Microbiota, and Susceptibility to Bacillus thuringiensis Bacteria in the Colorado Potato Beetle Leptinotarsa decemlineata Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках проекта проведены работы по тестированию различных добавок для увеличения эффективности биологических инсектицидов. В частности, в нашем исследовании мы применили комплексный препарат состоящий из антисмыслового олигонуклеотида (олигонуклеотидный акарицид или ДНК-акарицид) и гриба Metarhizium robertsii для контроля T. urticae. Мы обнаружили, что совместное контактное применение ДНК-акарицида и грибка M. robertsii значительно снижает скорость размножения клеща. Наши результаты показывают, что ДНК-акарицид и грибок M. robertsii действуют синергетическии и приводя к значительному увеличению смертности в 7 раз и снижению плодовитости клеща в 5 раз. Олигонуклеотидный акарицид нарушает биосинтез белка, вызывая снижение выработки ферментов системы защиты вредителя. Очевидно, что ослабление защитной системы усиливает грибковую инфекцию и / или грибок вырабатывает множество ферментов, которые разрушают структуру покровов вредителя, способствуя проникновению олигонуклеотидного акарицида. Эта работа является первым доказательством успешного применения олигонуклеотидного акарицида совместно с грибком M. robertsii для эффективной борьбы с T. urticae. Таким образом, использование энтомопатогенных грибов, особенно в сочетании с иммуносуприсирующими добавками на основе консервативных антисмысловых последовательностей рДНК вредителей является перспективным подходом в защите растений. Колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata) самый распространенный вредитель пасленовых культур в мире. Широкий ареал обитания колорадского жука в различных по климатическим условиям регионах, быстрое формирование устойчивости к широкому спектру химических инсектицидов, ставит вопрос за счет каких защитных реакций он обладает такой экологической пластичностью и насколько быстро формирует устойчивость к биологическим инсектицидам. У личинок колорадского жука из двух районов Новосибирской области (НСО) изучены показатели клеточного и гуморального иммунитета, активность ферментов антиоксидантной и детоксицирующей систем, микробиота кишечника и восприимчивость к бактериям B. thuringiensis. Установлено, что насекомые разных географических популяций могут эффективно перестраивать защитную стратегию от энтомопатогенов, за счет баланса между их конституциональными и индуцированными системами резистентности. Также была проведена работа по испытанию различных добавок на колорадском жуке. Заражение насекомых B. thuringiensis ssp. morrisoni приводило к гибели 50% особей. В то время как применение наночастиц совместно с бактериями приводило к двукратному, достоверному, увеличению смертности насекомых до 100%. Такой же эффект был получен при совместном применении хлорогеновой кислоты и бактерий B. thuringiensis ssp. morrisoni. Кроме того, такое синергетическое действие мы наблюдали при совместном применении пептида тионина NsW2 и бактерий B. thuringiensis ssp. morrisoni. Смертность насекомых после инфицирования симбиотическими бактериями Pseudomonas synxantha, выделенными из кишечника колорадского жука составляла около 25%, в то время как заражение насекомых штаммом бактерий P. synxantha, продуцирующим РНК-интерферирующие продукты гена Актина, приводило к увеличению процента смертности (45%) личинок колорадского жука по сравнению с исходным штаммом бактерий. Однако инфицирование насекомых штаммом бактерий P. synxantha, продуцирующим РНК-интерферирующие продукты гена АТФазы не приводило к значительному увеличению гибели особей (30%) по сравнению с исходным штаммом бактерий В рамках проекта проведена оценка полифункционального действия бактерий B. thuringiensis. Бактерии Bacillus thuringiensis subsp. aizawai (B. thuringiensis subsp. aizawai) являются энтомопатогенными микроорганизмами, которые используют для регуляции численности насекомых-вредителей, в частности представителей отрядов чешуекрылых и двукрылых. Установлено ростостимулирующее действие бактерии B. thuringiensis subsp. aizawai на картофеле. В частности, отмечено увеличение биомассы растений в 1,4 раза уже на 4-ю неделю учета по сравнению с контролем. Длина корней и количество столонов была статистически выше в 1,2 раза и 2,3 раза на 10-ю неделю учета при обработке суспензии B. thuringiensis subsp. aizawai по сравнению с контролем соответственно. Предпосадочная обработка клубней B. thuringiensis subsp. aizawai положительно влияла на ризосферную микробиоту и урожайность картофеля (увеличение на 15-20%). Для улучшения морфометрических показателей и снижения распространенности ризоктониоза клубни картофеля обрабатывали штаммами бактерий рода Bacillus: B. thuringiensis ssp. morrisoni; B. thuringiensis ssp. dacota. Применение штамма B. thuringiensis spp. dacota обеспечило увеличение длина наземной части на 10%, в 1,2 раза — количество стеблей и в 1,6 раза — столонов. Распространенность возбудителя черной парши во все сроки учета снижалась в 1,7–3,7 раза относительно контроля. Применение бактериальных штаммов позволило получить более качественный и высокий урожай по сравнению с контрольным вариантом и эталоном. При использовании штаммов B. thuringiensis ssp. morrisoni и B. thuringiensis ssp. dacota урожайность увеличилась в 1,4 и 1,5 раза, соответственно, а штаммов B. thuringiensis ssp. morrisoni — 1,3 раза.

Публикации