Bagaimana CRISPR dapat mendukung tanaman dari kehancuran yang disebabkan oleh hama

Bagaimana CRISPR dapat mendukung tanaman dari kehancuran yang disebabkan oleh hama

Penanam anggur California Tengah, Steve McIntyre, dulunya fasih dalam Penyakit Pierce. Tapi itu tidak lagi mempersiapkannya untuk apa yang dia lihat ketika dia mengunjungi kebun jeruk dan alpukat saudara laki-lakinya di California Selatan pada tahun 1998. Penyakit, yang menyebabkan tanaman merambat layu dan anggur mengempis seperti balon yang punah, telah lama ada di California. Tetapi infeksi yang dilihatnya di sebuah peternakan yang berdekatan dengan harta milik saudaranya memberikan pengaruh yang bermacam-macam.

“Dulu kehancuran,” kata McIntyre. Balok-balok anggur dianggap seolah-olah irigasi mereka hanya berkurang. Dalam pelariannya ke rumah, McIntyre mempertimbangkan untuk memanggil makelar untuk membongkar tanahnya. Tanaman merambatnya, pikirnya, akan hancur.

Tidak sampai satu dekade setelah pertama kali diketahui di California, serangga invasif yang disebut penembak jitu bersayap kaca telah menjadi bakteri yang menyebabkan Pierce’s dari gangguan menjadi mimpi buruk. Program jahat lonjong, dengan sayap seperti kaca patri berwarna ungu, lebih cepat dan terbang lebih jauh daripada penembak jitu yang berasal dari tempat terbuka, dan itu akan memakan tanaman anggur yang lebih keras. Kedatangannya, yang dulunya diungkapkan oleh para tersangka di tahun 80-an yang membosankan, meningkatkan penyebaran penyakit tersebut.

Bagaimana CRISPR dapat mendukung tanaman dari kehancuran yang disebabkan oleh hama - D4201 1a image 1
Penembak jitu sayap kaca dewasa, Homalodisca vitripennis.

RODRIGO KRUGNER/USDA-ARS

Melalui inspeksi dan penyemprotan pestisida terpusat, pembocoran sebagian besar dilakukan secara lokal untuk membatasi penembak jitu invasif ke California Selatan. Tetapi penyakitnya masih belum ada obatnya, dan kemungkinan akan bertambah buruk dan lebih sulit untuk dilawan karena perubahan iklim ini.

Para peneliti sebenarnya sedang mencari untuk menambahkan kemampuan mengiris ke senjata anti-Pierce California, dengan mengubah genom penembak jitu bersayap kaca agar tidak lagi menyebarkan bakteri.

Solusi semacam ini mungkin berkat kemampuan pengeditan gen CRISPR, yang telah menjadikan pengeditan gen organisme apa pun semakin mudah. Pendekatan ini telah berusia dalam eksperimen dalam imunoterapi kanker, pemuliaan apel, dan—secara kontroversial—embrio manusia. Sekarang semakin banyak peneliti yang memanfaatkannya untuk hama pertanian, yang bertujuan untuk memanipulasi penyebaran serangga yang secara kolektif menghancurkan sekitar 40% produksi nick dunia setiap tahun. Jika menang, upaya ini dapat mengurangi ketergantungan pada insektisida dan memberikan resolusi yang berbeda terhadap perubahan genetik pada tanaman.

Untuk saat ini, serangga yang diedit gen ini dikurung di laboratorium di seluruh dunia, tetapi siap untuk dipertukarkan. Tahun ini, sebuah perusahaan AS berharap dapat memulai pemeriksaan rumah kaca bersama dengan Departemen Pertanian AS (USDA) terhadap serangga negatif buah yang dibuat steril menggunakan CRISPR. Pada saat yang sama, para ilmuwan di lembaga pemerintah dan swasta mulai mempelajari lebih lanjut tentang genetika hama dan melakukan pengeditan pada lebih banyak spesies.

Penggunaan organisme yang diedit gen tetap kontroversial, dan hama pertanian yang diedit belum terakreditasi untuk sebagian besar asalnya di AS tetapi. Jalur regulasi yang tak diragukan lagi panjang dan terus berkembang menunggu. Tetapi para ilmuwan mengatakan CRISPR telah mengantarkan saat yang diperlukan untuk memanfaatkan pengeditan gen pada serangga yang berdampak pada pertanian, dengan lebih banyak penemuan di cakrawala.

“Sampai CRISPR, kemampuannya belum ada,” kata Peter Atkinson, entomolog di University of California, Riverside, yang sedang mengedit penembak jitu. “Kita memasuki zaman baru ini di mana pengawasan genetik juga dapat direnungkan secara realistis.”

Ketahuilah Musuhmu

Para ilmuwan tidak tahu pasti tentang genetika penembak jitu bersayap kaca itu sampai saat ini. Draf pertama genomnya digunakan untuk dipetakan pada tahun 2016, oleh sebuah komunitas di USDA dan Baylor College of Medicine, di Texas. Tetapi diagram itu memiliki celah. Pada tahun 2021, para peneliti di UC Riverside, termasuk Atkinson, mengisi berbagai di antaranya untuk membuat model yang lebih total.

Ketika para ilmuwan membangun untuk mengedit gen lebih banyak spesies hama, pekerjaan selanjutnya dari biologi dan genetika mereka tampaknya akan menjadi kritis, kata Linda Walling, ahli genetika tanaman di UC Riverside yang mengerjakan studi penembak jitu. “Sebenarnya harus ada investasi yang sangat besar dalam mengerjakan biologi,” katanya. “Yang sebelumnya ingin kami kumpulkan adalah membunuh mereka secara memukau.”

Latihan itu adalah pengurutan DNA sebelumnya. Tua untuk membuat suntingan, para peneliti dengan senang hati mengidentifikasi apa yang dapat menghentikan serangga dari merusak tanaman dan kemudian memutuskan suntingan mana yang dapat menyebabkan hal itu terjadi. Dalam kasus penembak jitu, dulu ada kandidat yang tepat: studi sebelumnya dari University of California, Berkeley, telah menunjukkan bahwa karbohidrat di mulut penembak jitu memudahkan bakteri penyebab Pierce untuk bertahan, dan menunjuk ke pasti molekul ilmuwan bisa menyesuaikan untuk pertukaran itu.

Pelayaran buah pesiar Spotted betina (Drosophila suzukii) dalam penerbangan di atas stroberi.
Pelayaran buah pesiar Spotted betina (Drosophila suzukii) dalam penerbangan di atas stroberi.

ALAMI

Sekarang, sebuah komunitas di UC Riverside, termasuk Atkinson dan Walling, mencoba melakukan penyesuaian tersebut.

HOT 🔥  Keripik Cina akan terus mendukung gaya hidup Anda sehari-hari

Sebagian informasi hanyalah menemukan keterampilan untuk mengangkat peralatan pengeditan gen ke embrio program jahat yang sangat kecil dan meningkatkan armada.

“Pengiriman adalah rahasia dari lot total,” kata Wayne Hunter, ahli entomologi studi di USDA yang mengerjakan draf genom penembak jitu tahun 2016.

Embrio penembak jitu bersayap kaca memiliki panjang sekitar 3 mm. Para pekerja Riverside mengembangkan keterampilan baru untuk menyuntik mereka dengan peralatan CRISPR/Cas9 tanpa membuangnya dari daun tempat mereka dibaringkan. Metode tersebut, menurut makalah yang diungkapkan tahun lalu, “mudah ditempatkan, karena massa dengan 20 telur juga dapat disuntikkan dalam sepuluh menit oleh operator pemula”.

Setelah injeksi, para peneliti menunjukkan bahwa kemampuan CRISPR dapat mereduksi dan menggantikan genom penembak jitu (sebagai bukti pendapat, para peneliti menua kemampuan untuk melumpuhkan gen yang melindungi mata penembak jitu mencari warna). Sekarang, komunitas bekerja untuk memasukkan gen ke dalam genom penembak jitu yang mereka harap akan berubah menjadi jaringan di mulut program jahat untuk memberi tahu bahwa itu bertindak seperti Teflon, menyebabkan bakteri penyebab Pierce berlari kencang.

Staf telah mendapat dana dari USDA juga untuk dewan perwakilan pengganti anggur yang secara khusus diadakan oleh pemerintah California untuk melawan Pierce’s.

Dewan, di mana McIntyre menjadi anggotanya, mendukung penyebaran kemungkinan pendekatan untuk mengalahkan penyakit, termasuk pengeditan gen anggur serta biopestisida, yang sebagian besar berasal dari bahan murni. Pierce’s adalah kerugian yang “unik mengerikan” bagi petani anggur, kata Kristin Lowe, koordinator studi dewan. “Dengan sebagian besar patogen tanaman itu [spread] oleh serangga, mungkin Anda juga akan senang untuk melatih setiap dan semua kelemahan yang mungkin akan Anda terima dengan baik — dalam biologi, di atmosfer, dalam ekologi penyakit itu — untuk menerima durasi waktu yang lama melindungi mata pada.

Operasi pelayaran buah

Satu lagi kemampuan CRISPR yang menetas di California telah memulai perjalanan panjang menuju komersialisasi untuk penggunaan hama pertanian.

Omar Akbari mulai menggunakan CRISPR sebagai pascadoktoral dalam bidang teknik biologi di Caltech, segera setelah penerbitan makalah penting tentang keterampilan tersebut. Satu dekade kemudian, labnya di University of California, San Diego, menerapkan CRISPR hanya pada beberapa lusin spesies serangga.

Salah satu topiknya adalah Drosophila suzukii, atau tutul cruise drosophila, spesies buah cruise yang membuat lubang pada buah yang lembut dan matang seperti ceri dan prem untuk bertelur. Lalat, yang merusak sekitar $500 juta pada tanaman buah AS setiap tahun, senang karena telah menumbuhkan bukti terhadap beberapa pestisida.

Laboratorium Akbari telah menua CRISPR untuk mengganti gen secara berulang untuk mengumpulkan jantan mandul dan membunuh betina. Seandainya lalat jantan itu dilepaskan, mereka akan sering bergaul dengan lalat, dan ketidakmampuan mereka untuk berkembang biak dapat menekan populasi umum.

Agragene, sebuah organisasi yang melisensikan kemampuan Akbari, telah mengumpulkan $5,2 juta untuk mengkomersialkan keterampilan sterilisasi ini pada nick pest. Perusahaan sedang menguji produk tahun ini di rumah kaca di Oregon.

Mungkin Anda akan membayangkan strategi untuk mengendalikan populasi hama dan penyakit yang mereka sebarkan menggunakan CRISPR ada ratusan. “Eksperimen Anda sangat sederhana berkat kecerdikan Anda, sampai taraf tertentu,” kata Nikolay Kandul, yang bekerja dengan Akbari di UC San Diego.

Tetapi para peneliti juga harus berurusan dengan biologi, dan implikasi dari keputusan mereka. Untuk sistem tertentu, seperti suntingan pelayaran buah Akbari, pengganti tidak boleh berdiam dalam populasi sampai serangga yang disunting gen terus dilepaskan. “Aman, efektif, dapat dibatasi, tidak akan bertahan lama di atmosfer,” kata Akbari.

Akbari juga mengerjakan satu pendekatan lain yang akan lebih permanen: penggerak gen. Ini berarti menipu pedoman genetika, meningkatkan kemungkinan organisme mewarisi gen tertentu dan menyebarkannya melalui populasi. Kemampuan tersebut mungkin telah menarik perhatian juga ke lapangan (ada upaya yang sedang dilakukan untuk mencari penggunaan gene drive pada nyamuk untuk mengganggu penularan malaria, tetapi banyak ilmuwan senang mengidentifikasi kemungkinan risiko dan memberi tahu dengan hati-hati).

“Senyawa kimia paling mudah berubah hingga saat ini sebelum terdegradasi di atmosfer,” kata Jason Delborne, profesor sains, kebijakan, dan masyarakat di North Carolina Relate University. “Jika Anda memperkenalkan organisme yang diedit gen yang dapat berpindah melalui atmosfer, Anda mungkin juga akan senang dengan kemampuan untuk bertukar atau beralih ke lingkungan dalam skala spasial dan temporal yang besar.”

HOT 🔥  Bagaimana ahli kimia menangani skenario plastik

Kandul mengatakannya lebih blak-blakan. Gene drive, katanya, juga bisa menjadi “ceroboh”.

Agragene berpikir untuk menerapkannya pada lalat buah, tetapi Akbari mengatakan para eksekutif memutuskan bahwa mungkin sulit untuk menjadwalkan investor dan membuat persetujuan peraturan. Sebagai gantinya, perusahaan menggunakan kemampuan sterilisasi. Setelah menyelesaikan pemeriksaan kandang lab tahun lalu, Agragene memulai pemeriksaan rumah kaca bekerja sama dengan USDA, yang diharapkan secara tidak langsung akan membuka keterampilan untuk start reguler.

“Anda mengumpulkan data catatan yang cukup untuk mengatakan bahwa serangga mandul Anda, dalam hal ini, aman,” kata CEO Agragene, Bryan Witherbee, yang sebelumnya bekerja di Monsanto dan berbagai perusahaan bioteknologi.

Tes yang dilakukan Agragene tahun lalu memberi perusahaan persepsi bahwa serangga mandulnya dapat terus ada dan berfungsi seperti serangga yang tidak diedit, kata Witherbee, dan perusahaan juga mencari cara untuk membuat diagram serangga mandul dalam skala besar. Tapi Agragene masih memutuskan data apa yang tampaknya bersedia untuk diserahkan kepada Perusahaan Perlindungan Lingkungan AS untuk menerima persetujuan untuk membuat bug, cara yang dapat mencuri waktu bertahun-tahun.

Di AS, suasana peraturan di sekitar serangga yang dimodifikasi CRISPR saat ini sedang “berkembang”, menurut juru bicara EPA. Arahan pihak berwenang dirilis pada tahun 2017 menguraikan pendekatan terkoordinasi yang mendesak USDA akan sangat senang dengan otoritas atas hewan rekayasa genetika yang terkait dengan pertanian. Tetapi yurisdiksi juga dapat bervariasi tergantung pada apakah organisme yang diedit seharusnya atau tidak dalam pengurangan populasi serangga atau mengganggu penularan penyakit. Sampai saat ini, pemerintah AS telah mengizinkan asal nyamuk yang dimodifikasi secara genetik, tetapi pemeriksaan hama kecil, seperti ngengat diamondback dan bollworm ungu, sangat kecil.

Walling dan Atkinson dari UC Riverside berharap dapat mencuri waktu bertahun-tahun untuk menyempurnakan hama pertanian yang diubah secara genetik dan menerima pujian atas asal-usulnya. Agragene berharap waktunya lebih cepat: perusahaan yang sudah ada telah berkomunikasi dengan EPA, ditargetkan pada tahun 2024 untuk mengajukan permohonan pengakuan peraturan untuk latihan komersial lalat buahnya dan mengharapkan jalan untuk mencuri sebanyak dua tahun.

Di luar pengeditan

Serangga pengedit gen bisa menjadi taktik yang sangat efektif, tetapi beberapa pakar biologi tanaman dan program berbahaya sekilas menjanjikan dengan berbagai cara yang sama rapinya.

Selama lebih dari satu dekade, Hunter, ahli entomologi USDA, telah bekerja pada berbagai upaya untuk membuat diagram genom hama yang menyebabkan luka miliaran dolar di enam benua setiap tahun: psyllid jeruk Asia, yang menyebarkan penyakit yang membunuh semak jeruk , tetapi tidak lebih awal dari meninggalkan bantuan daun yang menguning dan buah hijau yang pahit.

“Anda benar-benar tidak senang bisa menjual meskipun pohonnya masih hidup,” katanya.

Dia sekarang menjadi bagian dari pekerja tak terbatas yang didanai hibah yang bekerja di berbagai kemungkinan semak penjaga dari penyakit penghijauan jeruk. Dalam beberapa tahun ke depan, masyarakat berharap dapat fokus pada cukup banyak produk atau solusi yang kemudian dapat dikomersialkan untuk latihan di lapangan.

Bagaimana CRISPR dapat mendukung tanaman dari kehancuran yang disebabkan oleh hama - asian citrus phyllids image 2
Phylid jeruk asia dewasa (kiri) dan nimfa (memukau) bertengger di tangkai daun tanaman lemon.

PEGGY GREB/USDA-ARS; ALAMI

Tahun ini, Hunter akan mulai menggunakan CRISPR untuk men-tweak gen yang juga dapat menetralkan psyllid sebagai vektor penyebaran penyakit penghijauan jeruk. Namun dia mengatakan tanaman yang dimodifikasi untuk menahan bakteri tetap merupakan formula yang mungkin untuk mengatasi penyakit tersebut. “Di situlah solusi yang tepat akan kembali,” katanya. Berfokus pada serangga dapat menghilangkan penyakit yang beredar, meskipun kebutuhan serangga lebih kecil, tetapi kekebalan tanaman akan menumpulkan dampak penyakit tersebut.

Tanaman penyuntingan yang ringan memiliki keterbatasan sebagai formula umum untuk kelemahan hama pertanian. Serangga seperti drosophila yang terlihat berdampak pada begitu banyak buah-buahan sehingga menghasilkan varietas tanaman yang tahan akan sangat merepotkan, kata Anthony Shelton, profesor emeritus di Departemen Entomologi Universitas Cornell yang telah bekerja untuk memproduksi ngengat diamondback steril.

Dalam kasus pertempuran yang sudah punah antara petani dan hama, kata Shelton, penting untuk menggunakan berbagai alat baru.

“Saya pikir kita semua sudah cukup sadar untuk mengetahui bahwa tidak ada peluru perak di bidang pertanian atau entomologi klinis untuk mempelajari dan mengawasi hama,” katanya. “Kita semua menjadi lebih pintar, mudah-mudahan.”

Pedagang Emma Foehringer adalah seorang jurnalis yang paling mantap meliput pengganti cuaca lokal, kekuatan, dan atmosfer. Dia terutama berbasis di California.

Cakupan Asli

Baca juga

Abaikan bayi desainer.  Inilah cara CRISPR mengubah sebagian besar kehidupan

Abaikan bayi desainer. Inilah cara CRISPR mengubah sebagian besar kehidupan

Abaikan He Jiankui, ilmuwan bahasa China yang menciptakan bayi yang diedit gennya. Sebagai tambahan, meskipun …

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *