Az ablakpárkányokon és kertekben díszelgő páfrányok meglepő képességekkel rendelkeznek. A biológusok egy ideje már tudják, hogy ez az ősi növénycsoport hatékonyabban védekezik az éhes rovarok ellen más növényeknél, és mostanra azt is kiderítették, hogy hogyan képes erre. A kutatók olyan páfrányfehérjéket azonosítottak, amelyek elpusztítják és elriasztják a kártevőket. Köztük legutóbb egy olyan proteint is találtak, amely ígéretesnek bizonyult a széles körben használt természetes rovarirtókkal szemben ellenálló rovarfajokkal szemben is.
A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) című folyóiratban nemrégiben ismertetett felfedezés révén egy egyre bővülő fegyvertár bővülhet a kártevők ellen, egy napon új alternatívát kínálva a rovarölő vegyszerek helyett. „Ezekben a fehérjékben hatalmas a potenciál, és újfajta módon működő rovarirtók fejlesztéséhez vezethetnek” – mondja Juan Luis Jurat-Fuentes, a Tennessee Egyetem entomológusa. Kristina Sepčić, a Ljubljanai Egyetem biokémikusa szerint pedig azért különösen izgalmas a fehérjék felfedezése, mert bebizonyosodott, hogy ezek bizonyos bakteriális toxinokkal szemben ellenálló rovarpopulációk ellen is aktívak.
Bakteriális alapok
Az 1930-as évek vége óta a Bacillus thuringensis (Bt) nevű talajbaktériumból izolált fehérjék váltak a természetes kártevőirtás egyik alapjává. Először rovarölő sprayként használták őket, de a közelmúltban a kutatók elkezdték e fehérjék génjeit a növényekbe is beültetni.
A gazdák 2019-ben világszerte már több mint 100 millió hektáron ültettek ilyen transzgenikus növényeket.
A rendelkezésre álló adatok szerint csak a transzgenikus kukorica és gyapot révén több mint 50 milliárd dolláros terméskiesést akadályoztak meg a termesztők az alkalmazás első két évtizedében. A Bt-alapú kártevőirtás komoly környezetvédelmi előnyökkel is járt, mivel csökkenti a szerves foszfátot tartalmazó rovarölő szerek és más mérgező vegyszerek használatának szükségességét.
Ugyanakkor úgy tűnik, hogy a Bt már nem működik olyan jól, mint egykor. Amikor Bruce Tabashnik, az Arizonai Egyetem entomológusa hét országban vizsgálta a kukoricára, cukornádra, gyapotra, szójababra és más Bt-növényekre vonatkozó 25 éves adatokat, arra utaló jeleket talált, hogy 11 kártevőfaj populációi jelentős ellenállást fejlesztettek ki a fehérjékkel szemben. A rezisztens esetek száma a 2005-ben detektált háromról 2020-ra 26-ra ugrott, jelentették kollégáival a Journal of Economic Entomology című folyóiratban. Jurat-Fuentes szerint ez a tendencia csak romlani fog, és Tabashnik azóta további 17 olyan esetet talált, amikor a kártevők rezisztenssé váltak a Bt fehérjéivel szemben.
„Ez komoly aggodalomra ad okot” – mondja Marilyn Anderson, a La Trobe Egyetem biokémikusa. „Nem akarunk visszatérni a kémiai rovarölő szerek erőteljes használatához.” Ő is a kutatók azon kis csoportjába tartozik, akik a páfrányfehérjéket vizsgálják lehetséges alternatívaként. A vadonban ezeket az ősi növényeket, amelyek jóval a ma termesztésre használt növények előtt fejlődtek ki, gyakran egyáltalán nem bántják a rovarok.
Transzgenikus fajok
Egyes kutatók már az 1990-es években megpróbálták páfránykivonatokkal permetezni a növényeket, de az eredmények vegyesek voltak. Ezen túl azonban a páfrányok és más, nem magtermő növények kevés figyelmet kaptak, mint lehetséges rovarölők. Aztán 2016-ban indiai kutatók Tectaria-nemzetségből származó gént ültettek be a gyapotba, remélve, hogy ezzel felvehetik a harcot a nedvszívó liszteskék ellen. Mivel korábban egyetlen más természetes rovarölő szer sem vált be ez ellen a kártevő ellen, úgy gondoltuk, hogy a rovarölő hatás nem nyilvánvaló forrásait kutatjuk fel, mondja P. K. Singh, a kutatás biotechnológus résztvevője.
A páfrány génje megvédte a gyapotot a liszteskéktől és más kártevőktől, és Singh mostanra más páfrányvegyületeket is izolált, amelyek elriasztják a hasonló növényeket károsító állatokat, például a hernyókat.
Ahogy mondja, hogy a csapata a megfelelő géneket a gyapotba ültette, és a szántóföldi vizsgálatok során nagyon érdekes és ígéretes eredményeket tapasztaltak.
Egy másik projektből is kiderült, hogy a páfrányok hasznos rovarölő szereket rejthetnek. Nyolc évvel ezelőtt Anderson csapata tízezer ausztrál növényt vizsgált meg, kivonataikat laborban tesztelve a kártevő rovarok ellen, majd emésztőenzimeknek tették ki őket, hogy megállapítsák, lebomlanak-e az emberi bélben, és így biztonságosan használhatók-e a növényeken. A kutatásban együttműködő növénytermesztő cég, a Corteva eközben Észak-Amerikából és máshonnan származó növényeket vizsgált. Anderson elmondása szerint mindkét csapat olyan fehérjéket keresett, amelyek új hatásmechanizmussal rendelkeznek, és amelyek helyettesíthetik a Bt-t.
2019-ben a Corteva kutatói arról számoltak be, hogy a szalagpáfrányokban található fehérjék génjei megvédhetik a szójababot a szójababhurkolóktól és a szójababhernyóktól. Azóta mindkét csoport elsősorban a páfrányokra koncentrál a kutatásokban, és több rovarölő fehérjecsaládot is felfedeztek a növényekben. Azt ugyanakkor még nem tudják pontosan, hogyan működnek ezek a fehérjék.
Új utakon
A nemrégiben megjelent PNAS-publikációban az Andersont és a Corteva tudósait is magában foglaló csapat a kártevők elleni legújabb potenciális fegyverről számol be. Ez a Pteris cretica cv. Albolineata, más néven krétai szalagpáfrány vagy asztali páfrány fehérjéjéről, amely egy Európában, Ázsiában és Afrikában honos, gyakori szobanövény. A laboratóriumban a páfránykivonatok visszavetették a szójababhurkoló és a kukorica-fülféreg növekedését. A kutatók felfedezték, hogy a páfrány távoli rokonai is rendelkeznek ennek a fehérjének a változatával, ami arra utal, hogy a páfrányok evolúciójának korai szakaszában, mintegy 300 millió évvel ezelőtt alakult ki. Ezt a fehérjecsoportot IPD113-nak nevezték el.
Az egyik társszerző, Megan Maher, a Melbourne-i Egyetem szerkezetbiológusa és kollégái meg is fejtették az egyik proteinváltozat szerkezetét. Megállapították, hogy az nagyon hasonlít a rovarölőszerként használt Bt-fehérjékre, azzal a különbséggel, hogy csak két fő aktív része van, míg a Bt-fehérjéknek három. A Bt-fehérjék a rovarok bélrendszerének kilyukasztásával fejtik ki hatásukat. A kutatók szerint a páfrányfehérjék is ezt teszik, de mivel a páfrányfehérjékből hiányzik az az aktív rész, amellyel a Bt-fehérjék a sejtmembránokon lévő receptorokhoz kötődnek, a páfrányfehérjék más receptorokhoz kapcsolódnak.
„Abban reménykedünk, hogy az új páfrányfehérjék arany középutat kínálhatnak: eléggé hasonlítanak a Bt-hez ahhoz, hogy biztonságosak és hatékonyak legyenek, de kellően különböznek tőle, hogy elpusztítsák a Bt-re rezisztenciát kifejlesztett rovarokat”
– mondja Tabashnik.
Amikor a Corteva csapata átültette a kukoricába a leghatékonyabb IPD113-változatok génjeit, az olyan kulcsfontosságú kártevők, mint az őszi sereghernyó és a kukorica-fülféreg által okozott levélkárosodás legfeljebb 30%-ra csökkent, míg a nem módosított kukoricánál a kár meghaladta az 50%-ot. És a páfrányfehérjék a Bt-fehérjékkel szemben rezisztens rovartörzsek ellen is működtek.
Ezek a sikerek valószínűleg más kutatócsoportok érdeklődését is felkeltik majd, mondja Georg Jander, a Boyce Thompson Intézet kémiai ökológusa. És közben a területen dolgozó vállalatok csendben még szélesebb körből kezdhetnek meríteni új rovarölő fehérjék után, teszi hozzá. Jander és Fay-Wei Li, a Boyce Thompson páfránybiológusa például jelenleg a májmoháknak nevezett primitív növények védekező vegyületeit vizsgálja. Sepčić pedig olyan gombákból származó vegyületeket tanulmányoz, amelyek másfajta mechanizmusokkal pusztítják a rovarokat. Ezek ahelyett, hogy fehérjealapú receptorokhoz kötődnének a sejtmembránon, mint a páfrányok fehérjéi, a membránok lipidjeihez kötődnek. Mivel ezek a lipidek konzerválódtak az evolúciós leszármazási vonalakban, Sepčić úgy véli, hogy a rovarok nem könnyen fognak ellenállást kifejleszteni ellenük.
