A rovarok csodafegyverét vetik be magyar kutatók, hogy tetemes károktól óvják meg a mezőgazdaságot

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Olyan újszerű előrejelzési rendszer kifejlesztésén dolgozik az ELKH Agrártudományi Kutatóközpont E-orr kutatócsoportja, amely a rovarok csápján elhelyezkedő szaglóreceptorokat használja fel a mezőgazdasági területeken található illékony anyagok felismeréséhez. 

Egy ilyen, receptorfehérjéken alapuló érzékelő rendszer gyorsabban és hatékonyabban jelezheti a kártevők és kórokozók megjelenését, kártételét is – a magyar kutatók kidolgoztak egy eljárást erre a célra. Eredményeiket a Science of the Total Environment folyóirat augusztusi számában publikálják, a tanulmány online változata már olvasható.

Szolgálatba állították a rovarok „orrát”

A rovarok illékony anyagok segítségével találják meg táplálékukat, a peték lerakásához alkalmas helyet, vagy így kommunikálnak fajtársaikkal. A levegőben kavargó szagokat a csápjaik idegsejtjeinek membránjában található szaglóreceptorok fogják fel. Ezek az illékony anyagok kötődésének hatására különböző erősségű ingerületeket váltanak ki a rovarok agyában attól függően, hogy egy (vagy több) illatmolekula mennyire képes kötődni az adott idegsejten található receptorhoz. A kutatók kedvenc modellrovarának, az ecetmuslicának (Drosophila melanogaster) körülbelül 60 szaglóreceptora van.

A szaglóreceptor-fehérje genetikai információja az állat DNS-ében kódolt. Az E-orr kutatócsoport ezeket a fehérjéket kódoló DNS-szakaszokat hasította ki molekuláris módszerekkel az ecetmuslica már jó 20 éve ismert genomjából, és illesztette be állati sejtek genomjába. Ezt a folyamatot, amikor egy sejtvonallal termeltetnek meg egy számára idegen fehérjét, heterológ expressziónak hívják. Így kísérleti állatok nélkül, laboratóriumi körülmények között mérni lehet a rovar-szaglóreceptorok egyes illatmolekulákra adott reakcióit.

A receptorfehérje aktivitását a sejtekben a zöld festés jelzi mikroszkóp alattFotó: E-orr kutatócsoport / Zboray Katalin

Mivel ugyanaz az illékony anyag különböző receptorokon eltérő mértékű választ adhat, ezért több receptort egyszerre vizsgálva egyes anyagokra specifikus reakciómintázatot kaphatunk. A természetben előforduló sokféle illékony anyag keveréke – mint például a jellegzetes gombaszagok összetevői – lényegében egyfajta ujjlenyomattá állnak össze a többféle receptort tartalmazó tesztpanelen. Ennek az ujjlenyomatnak a vizsgálata teszi lehetővé jelentős növénybetegségek, így a búzalisztharmat azonosítását.

Hogyan lehet kiszagolni az egyik legfőbb kártevőt?

A búza az élelmezés szempontjából kulcsfontosságú gabonaféle Magyarországon, így lisztharmatbetegsége egyes évjáratokban jelentős veszteséget okozhat. A hozamcsökkenés szélsőséges esetekben elérheti a 40-50 százalékot is, sőt megfelelő védekezés nélkül a termés minőségét is negatívan befolyásolhatja. A lisztharmatbetegség gyakorlatilag mindenütt előfordul, a búza egyik legelterjedtebb levélbetegsége a világon. Az E-orr kutatócsoport éppen ezért a lisztharmatot okozó gomba és a búzanövény kölcsönhatása során megjelenő illékony szerves vegyületek (VOC) azonosítását tűzte ki célul.

Fehér színű lisztharmattelepek a fiatal búzanövényekenFotó: E-orr kutatócsoport / Ambrózy Zsuzsanna
A kórokozó spóraláncainak mikroszkópos képeFotó: E-orr kutatócsoport / Ambrózy Zsuzsanna

A csoport munkatársai mesterségesen fertőzött és egészséges búzanövények által kibocsátott illékony anyagokat gyűjtöttek dinamikus légtércsapdázással. Ennek lényege, hogy a növényeket üvegburával választják el a külvilágtól, így a zárt légtérben a növény és – fertőzés esetén – a megtelepedett kórokozó által kibocsátott illatok koncentrálódnak. 

Illusztráció: E-orr kutatócsoport / Taligás Tímea

Az üvegbúrák felső csatlakozásánál egy adszorbens anyaggal megtöltött üvegcsövön keresztül pumpák segítségével szívták át a felszabaduló illékony anyagokat. Az adszorbens anyag megkötötte ezeket az anyagokat, amelyeket aztán a laboratóriumban leoldottak, majd gázkromatográfiás-tömegspektrométeres műszerrel elemeztek.

Fotó: E-orr kutatócsoport / Ambrózy Zsuzsanna

Összesen 48 vegyületet azonosítottak, közülük 6 vegyületről mutatták ki, hogy csak a fertőzött növényekben vannak jelen – ezek már a tünetek megjelenése előtt észlelhetők, így megbízhatóan használhatók az előrejelzésre. Ezek a vegyületek stabil biomarkereknek tekinthetők a lisztharmat korai felismerése szempontjából.

További távlatok

A kutatók az azonosított biomarkereket megvizsgálták a különböző rovarreceptorokat kifejező tesztpanelen is, és elemezték, hogy milyen mintázatot mutatnak a sejtvonalak az egyes markervegyületek, illetve azok keverékeinek hatására. Ennek a módszernek a fejlesztése jelenleg is folyik, de több markervegyület ujjlenyomatát is sikeresen érzékelte a tesztpanel. Az ilyen és ehhez hasonló mérések alapján összeállított bionikus érzékelőrendszer képes gyorsabbá és hatékonyabbá tenni a kártevők és kórokozók korai előrejelzését, ezzel javítva a növényvédelem hatékonyságát, és csökkentve a felesleges vegyszerhasználatot.

Az E-orr kutatócsoport tagjai (balról jobbra): Lukács Péter, Taligás Tímea, Majláth Imre, Cséplő Mónika, Ambrózy Zsuzsanna, Mátyus Réka, Hamow Kamirán Áron, Puskás Katalin, Sági László. Fotó: E-orr kutatócsoport / Tóth Tamás

Egy ilyen újszerű, illékony anyagokon alapuló érzékelőrendszer nem csupán növény–kártevő vagy növény–kórokozó rendszerekben hasznosítható, hanem akár a humán gyógyászatban is, mert minden magasabb rendű élő szervezet nagyszámú illékony szerves vegyületet bocsát ki. Ezek sokféle életfontosságú folyamatban vesznek részt, és szerepük van számos súlyos betegség lefolyásának megértésében és diagnosztikájában – ilyen például a daganatos betegségeknél az onkokés technológiája, vagy COVID-19 esetén a kutyás vagy műszeres szűrés. Jól látható, hogy ez olyan terület, ami rengeteg lehetőséget rejt még magában.

A szerző az ELKH ATK NÖVI Állattani Osztály E-Orr Kutatócsoport tudományos munkatársa. A cikket lektorálta Sági László (ATK MGI) és Lukács Péter (ATK NÖVI). 

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: