Pengurangan hama dengan pembunuh betina dan jantan mandul

Sebuah kelompok penelitian yang dipimpin oleh Max Scott, seorang profesor entomologi di North Carolina State University, memelihara drosopholia sayap berbintik transgenik dalam sangkar kecil (diperlihatkan di sini). Untuk menjaga betina tetap hidup, para peneliti mematikan gen pembunuh betina dengan menambahkan antibiotik tetrasiklin ke dalam makanan lalat. Untuk melepaskan lalat khusus jantan, mereka berhenti menyediakan tetrasiklin dan betina semuanya binasa. (Atas kebaikan Max Scott / Universitas Negeri Carolina Utara)

Cara baru untuk melawan drosophila sayap berbintik sedang dalam pengerjaan, berkat alat rekayasa genetika baru. Metode transgenik ini memasukkan gen penghambat reproduksi baru ke dalam SWD jantan, sehingga ketika kawin dengan betina, betina tidak memiliki anak, atau betina mati di awal perkembangannya. Pendekatan ini berada di bawah payung teknik serangga steril (SIT), yang secara tradisional dilakukan dengan penyinaran untuk mensterilkan pejantan yang kemudian dilepasliarkan untuk mengurangi perkembangbiakan hama.

“SIT dianggap sebagai teknologi hijau, karena spesifik spesies, mereka memiliki keuntungan bahwa agen pengendali adalah serangga itu sendiri, dan mereka mengurangi ketergantungan pada insektisida,” kata Max Scott, seorang profesor entomologi di North Carolina State Universitas yang mengembangkan salah satu pendekatan ini. Dia dan kelompok penelitiannya telah memasukkan gen pembunuh perempuan ke dalam SWD laki-laki.

Dalam pendekatan yang berbeda, perusahaan San Diego, Agragene, memajukan teknologi yang pertama kali dikembangkan oleh para peneliti University of California, San Diego. Di sini, proyek tersebut menggunakan alat pengeditan gen canggih – disebut CRISPR – untuk menambahkan gen yang membunuh wanita dan mensterilkan pria.

“Kami benar-benar percaya bahwa teknologi kami akan membawa perubahan besar pada apa yang terjadi di luar sana,” kata Gordon Alton, presiden dan CEO Agragene Inc. Jika semuanya berjalan dengan baik, dia mengantisipasi para petani akan memiliki akses ke teknologi dalam dua hingga tiga tahun.

Pembunuh wanita

Scott dan kelompok penelitiannya membesarkan SWD jantan dan betina dengan gen pembunuh betina, sehingga mereka dapat menghasilkan populasi lalat buah pembawa gen dalam jumlah besar. Mereka mampu menjaga betina tetap hidup selama waktu ini dengan menambahkan antibiotik tetrasiklin ke dalam makanan lalat. Antibiotik memblokir efek gen pembunuh betina, sehingga perkawinan dapat dilanjutkan dan keturunan transgenik dapat bertahan hidup. Ketika para peneliti siap untuk menguji lalat di antara populasi liar, mereka cukup berhenti menyediakan tetrasiklin untuk memusnahkan semua betina dan melakukan pelepasan khusus jantan.

Kemudian, begini cara kerjanya: Jantan dewasa transgenik keluar ke populasi SWD liar, bersaing dengan jantan dewasa normal dan kawin dengan betina dewasa. Ketika betina dewasa yang dikawinkan transgenik bertelur, semua keturunan betina mereka mati. Sementara anak laki-laki mereka bertahan hidup, separuh mewarisi gen baru, jadi ketika mereka dewasa, mereka juga membawa gen pembunuh anak perempuan. Karena jumlah betina menurun dari generasi ke generasi, populasi keseluruhan merosot.

Seekor betina SWD bertelur.  Jika ia kawin dengan salah satu pejantan transgenik Agragene, anak perempuannya tidak akan bertahan hingga dewasa, dan anak laki-lakinya akan mandul.  (Atas kebaikan Agragene)Seekor betina SWD bertelur. Jika ia kawin dengan salah satu pejantan transgenik Agragene, anak perempuannya tidak akan bertahan hingga dewasa, dan anak laki-lakinya akan mandul. (Atas kebaikan Agragene)

Dengan hibah kecil dari Institut Pangan dan Pertanian Nasional dan Layanan Inspeksi Kesehatan Hewan dan Tanaman Departemen Pertanian AS, Scott dan kelompoknya telah melakukan uji coba metode kandang kecil. Pada titik ini, mereka menemukan bahwa SWD betina liar akan memilih jantan transgenik dalam sekitar tiga dari 10 kawin, yang “tidak buruk,” kata Scott, tetapi “tentu saja, lima akan menjadi persaingan sempurna.” Hasil tersebut akan segera dipublikasikan, dan sementara itu dia sedang mengejar pendanaan tambahan untuk memulai studi rumah kaca yang lebih besar.

Kelompok Scott telah mengembangkan metode yang sama ini untuk melawan hama ternak terkenal yang dikenal sebagai lalat ulat Dunia Baru (Coohliomyia hominivorax). Demikian pula, perusahaan bioteknologi Inggris Oxitec baru-baru ini mengumumkan uji coba lapangan dari pendekatan yang sama ini untuk menekan ngengat punggung berlian (Plutella xylostella), yang menempati brokoli, kubis, dan tanaman brassica lainnya. Awal tahun ini, para peneliti melaporkan hasil uji lapangan yang menunjukkan bahwa ngengat rekayasa genetika Oxitec bertahan hidup dengan baik dan menyimpulkan bahwa mereka “harus menawarkan pengelolaan hama yang efektif P. xylostella.

Meski masih dalam tahap awal proyek transgenik SWD, Scott optimis dengan pendekatan tersebut. “Dengan strain ini, saya terkejut seberapa baik mereka bekerja,” katanya.

Laki-laki steril

Pendekatan Agragene, yang disebut Teknologi Serangga Steril yang Dipandu Presisi, memodifikasi dua galur SWD sehingga persilangan antara galur tersebut menghasilkan telur yang memiliki dua gen yang terganggu: Satu gangguan membunuh betina pada tahap telur atau larva, dan satu gangguan menyebabkan telur jantan berkembang. menjadi orang dewasa yang mandul.

Agar ini berhasil, betina dari satu jenis harus kawin dengan jantan dari yang lain, jadi perusahaan sedang mengembangkan sistem pemilahan jenis kelamin yang menggunakan kecerdasan buatan dan visi mesin untuk “melihat” perbedaan kecil antara pria dan wanita, seperti ovipositor bergerigi pada betina dan pita kecil (disebut sisir seks) pada kaki depan jantan, dan memastikan bahwa mereka membuat persilangan yang tepat, kata Alton.

Agragene menggunakan teknologi visi mesin untuk membedakan SWD pria dan wanita.  Laki-laki (ditampilkan di sini) memiliki pita kecil, disebut sisir kelamin, di bagian terakhir (tarsus) kaki depannya.  Jantan juga biasanya memiliki bercak di setiap sayap;  betina tidak memiliki bintik-bintik.  (Atas kebaikan Agragene)Agragene menggunakan teknologi visi mesin untuk membedakan SWD pria dan wanita. Laki-laki (ditampilkan di sini) memiliki pita kecil, disebut sisir kelamin, di bagian terakhir (tarsus) kaki depannya. Jantan juga biasanya memiliki bercak di setiap sayap; betina tidak memiliki bintik-bintik. (Atas kebaikan Agragene)

“Kami pikir kami akan melakukannya paling efektif pada tahap kepompong, karena pada dasarnya kami dapat mengapung kepompong dan mengamati jantan versus betina,” katanya. Dan kami telah mendemonstrasikannya di tingkat lab.

Penelitian ini bergerak maju dengan cepat, katanya, mencatat bahwa pengujian di Agragene, di laboratorium pengembang UCSD Omar Akbari dan oleh ilmuwan Departemen Pertanian AS semuanya telah menunjukkan bahwa teknik CRISPR berfungsi. Dalam beberapa tahun terakhir, lab Akbari menerima dana dari Washington Tree Fruit Research Commission, California Cherry Board, Oregon Sweet Cherry Commission dan California Blueberry Commission untuk mengembangkan pendekatan rekayasa genetika untuk mengendalikan SWD.

Peneliti perusahaan sekarang melakukan penyempurnaan pada genetika untuk menghasilkan jantan steril yang sedikit lebih menarik bagi betina. Mereka terus mengoptimalkan sistem pemilahan jenis kelamin dan bekerja sama dengan ilmuwan USDA di Oregon untuk menyiapkan protokol untuk melakukan eksperimen rumah kaca, kata Alton. Dia berharap bisa melepaskan serangga transgenik ke rumah kaca nanti tahun ini atau awal tahun depan. Dengan hasil yang baik di sana, dia mengantisipasi pengujian lapangan akan dimulai pada 2022, dengan proses persetujuan Badan Perlindungan Lingkungan AS untuk mengikuti dan peluncuran komersial SWD transgenik pada akhir 2023 atau awal 2024.

Ke depan, Alton yakin para petani akan mendapatkan manfaat paling besar dari SWD transgenik jika mereka menyebarkannya selama beberapa tahun berturut-turut dan pada waktu-waktu penting dalam setahun, termasuk satu pelepasan terakhir pada musim gugur setelah panen sehingga pejantan mandul dapat kawin dengan betina sebelum mereka pergi ke dormansi musim dingin. “Betina ini akan menyimpan sperma yang tidak subur, jadi saat pemanasan musim depan dan mereka mulai membuat telur, telur itu tidak akan bisa hidup,” katanya.

Pada tahun kedua, petani seharusnya mulai melihat penurunan populasi SWD yang cukup nyata dengan penekanan yang semakin nyata di tahun kedua, ketiga dan keempat, dan jika petani tetangga juga berpartisipasi, penurunan tersebut akan lebih terlihat, katanya.

“Kami tidak berpikir kami dapat sepenuhnya memberantas SWD dengan pendekatan ini, tetapi kami yakin itu benar-benar dapat menahan populasi sehingga petani dapat menunda dan menggunakan lebih sedikit semprotan dan menggunakan bahan kimia yang lebih lembut,” kata Alton. •

oleh Leslie Mertz