Безопасные репелленты для защиты фруктов от пятнистокрылой дрозофилы
Насекомые уничтожают почти 40% мирового сельскохозяйственного урожая. Пятнистокрылая дрозофила (Drosophila suzukii), например, питается созревающими фруктами. Этот вредитель, особенно досаждающий в Северной Калифорнии и Европе, откладывает яйца внутри спелых ягод, и, когда из них появляются личинки, плод уничтожается. В результате D. suzukii ежегодно наносит ущерб на сотни миллионов долларов по всему миру.
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде идентифицировали безопасный репеллент, защищающий фрукты от D. suzukii: бутил антранилат (BA) — приятно пахнущее химическое соединение, естественным образом в небольших количествах вырабатываемое во фруктах. В лабораторных экспериментах ученые обнаружили, что BA отпугивает D. suzukii от черники, покрытой этим веществом. Этот результат, экстраполированный на других сельскохозяйственных вредителей, может стать стратегией для их контроля и повышения продуктивности культур.
Результаты исследования опубликованы 22 июня в Scientific Reports, онлайн-публикации с открытым доступом от Nature.
«Токсичные инсектициды часто рискованно использовать непосредственно на фруктах, особенно когда они близки к сбору урожая», — сказал Анандасанкар Рэй, доцент кафедры энтомологии и директор Центра исследований переносчиков болезней в UC Riverside, чья лаборатория выполнила проект. «Безопасный и доступный репеллент, такой как BA, может обеспечить защиту и сократить использование токсичных химикатов».
Чтобы проверить, может ли BA защитить фрукты от D. suzukii, Рэй и его аспирантка Кристин Краузе Фам провели серию экспериментов с использованием двух мисок со свежей спелой черникой — предпочитаемым фруктом D. suzukii. Они нанесли BA на чернику в одной миске и растворитель на чернику во второй (последняя служила контролем). Чаши поместили в стеклянную камеру и подвергли воздействию D. suzukii в течение недели, повторив эксперимент для различных концентраций BA. Они обнаружили четкое дозозависимое снижение количества личинок и куколок, появляющихся из обработанной BA черники.
«Мы наблюдали снижение уже после однократной обработки», — сказала Фам, первый автор исследовательской статьи. «Мы увидели существенное снижение при концентрации BA в 2,5% и почти полную защиту при концентрации 10%, что явно указывает на то, что репелленты с хорошим профилем безопасности могут быть полезны для уменьшения повреждения плодов во время созревания».
BA, встречающийся в низких концентрациях в ряде фруктов, пахнет виноградом и обычно используется как компонент ароматизаторов и отдушек. Он относится к категории «общепризнанных как безопасные» (GRAS) и одобрен для потребления человеком в качестве пищевой добавки.
«Большинство мух привлекают гниющие фрукты, — пояснил Рэй. — D. suzukii, однако, специализирована тем, что ее привлекают созревающие фрукты. BA особенно привлекателен тем, что не только отпугивает D. suzukii, но и снижает желание мух откладывать яйца. В будущем есть хороший потенциал для разработки совершенно новых стратегий снижения ущерба урожаю с использованием репеллентов, подобных BA. Из предыдущих исследований, проведенных в нашей лаборатории, у нас есть сотни таких соединений для изучения и тестирования».
Изначально Рэй и Фам исследовали консервацию обонятельных путей насекомых. Они обнаружили, что путь избегания ДЭТА (DEET) консервативен у разных насекомых. Поскольку ДЭТА дорог и может вызывать опасения по безопасности при нанесении на пищу, они сосредоточились на заменителях ДЭТА, открытых ими в 2013 году, которые одобрены для добавления в пищу. При тестировании этих соединений они обнаружили, что многие из них хорошо работают для отпугивания различных мух, таких как D. melanogaster, D. yakuba, D. suzukii, D. pseudoobscura и D. virilis. Лучшие результаты были получены с BA и D. suzukii.
«Естественные репелленты, обнаруженные доктором Рэем, особенно многообещающи для поддержки множества возможных применений», — сказал Майкл Паззани, вице-канцлер по исследованиям и экономическому развитию. «Безопасные и недорогие соединения эффективны не только для защиты фруктов и сельхозпродукции от вредителей, но и от кровососущих насекомых, переносящих болезни нам и скоту».
Далее Рэй хочет проверить, насколько эффективен BA в полевых испытаниях, и, если они успешны, запросить одобрение Агентства по охране окружающей среды (EPA).
«Мы надеемся, что BA и другие подобные химические вещества из нашего портфеля смогут работать против азиатской цитрусовой листоблошки, средиземноморской плодовой мухи, белокрылок и других мух, которые могут повреждать фрукты и культуры», — сказал Рэй. «В будущем мы сможем начать разработку репеллентов для сельскохозяйственного использования, которые можно было бы наносить на фрукты, культуры, такие как пшеница и кукуруза, и овощи. Долгосрочная грандиозная цель состоит в том, что однажды мы сможем интегрировать безопасные природные репелленты в арсенал фермеров, чтобы снизить их зависимость от инсектицидов. Также можно представить, что аналогичные химические вещества и подходы могут быть разработаны для защиты домов, людей и сельскохозяйственных животных».
В прошлом году офис коммерциализации технологий UCR помог Рэю запустить компанию Sensorygen Inc. на основе этой технологии. Офис подал патент на технологию, описанную в исследовательской статье, которая была лицензирована Sensorygen Inc.
«Миру нужны дополнительные инструменты для минимизации воздействия насекомых на людей, но без ущерба для здоровья этих людей и сообществ, которые мы стремимся защитить, — сказал Пол Зорнер, председатель и генеральный директор Sensorygen Inc. — Доктор Рэй разработал замечательный и новый метод поиска безопасных, мощных репеллентов от насекомых, которые ничего не убивают, а просто отпугивают их от людей, а также их домов, домашних животных и еды. Это захватывающее и уникальное открытие, имеющее большой глобальный коммерческий потенциал для решения некоторых из самых сложных проблем здоровья человека и продовольствия, стоящих перед нами сегодня».