Hållbar produktion av insektsferomoner i växtfabriker

Feromoner är ett miljövänligt alternativ till bekämpning av skadeinsekter med pesticider. Globalt produceras årligen tonvis av syntetiska feromoner för detta ändamål. Vi har genmodifierat jäst och växter till biologiska fabriker för produktion av fjärilsferomoner. Genom att uttrycka de nödvändiga generna från insekter och andra organismer i tobak och oljedådra har vi framställt växtlinjer som producerar enkelomättade fjärilsferomoner för fällfångst och parningsförvirring.
Vi vill nu utöka produktportföljen med oljedådran som produktionsplattform och producera mera komplicerade dubbelomättade feromonkomponenter för flera arter skadeinsekter. De växtproducerade feromonernas aktivitet kommer att jämföras med konventionellt syntetiserade feromoner.
Samtidigt kommer vi att undersöka hur stabil produktion av feromoner i oljedådra är genom att odla olika generationer av tidigare genmodifierade linjer under kontrollerade förhållanden och analysera produktion och genexpression i dessa.
Vi kommer också att framställa tobakslinjer som avger fjärilsferomoner under odling. Hur beter sig fjärilar i en miljö med växter som avger feromoner? Kan sådana växter användas för produktion och avgivning av feromoner till skydd för andra grödor?
”Odling av feromoner” är ett exempel på grön kemi, ett hållbart alternativ till traditionell produktion av feromoner, ett nytt och kostnadseffektivt sätt att framställa feromoner med hög kemisk renhet och med ett minimum av miljöfarliga restprodukter.

Många insekter använder feromoner för att finna en partner för parning. Redan då det första feromonet identifierades från silkesfjärilen för 55 år sedan insåg forskarsamhället den stora potentialen att använda sådana substanser för miljövänlig bekämpning av skadeinsekter. Feromonbaserade kontrollmetoder har många fördelar jämfört med traditionell pesticidanvändning: feromoner är ogiftiga, snabbt nedbrytbara och dessutom extremt selektiva och de påverkar sällan andra arter i ekosystemet såsom pollinatörer och naturliga fiender. Varje år produceras tonvis av feromonsubstanser globalt via traditionell kemisk syntes för övervakning och kontroll av skadeinsekter och den globala marknaden för insektsferomoner omsätter idag mer än $200 miljoner årligen. Storskalig kemisk feromonsyntes medför dock negativa konsekvenser på miljön genom användning av stora mängder lösningsmedel och produktion av giftiga restprodukter.
De vanligaste feromonsubstanserna hos nattfjärilar är fettsyraderivat som produceras i honans feromonkörtel. Biosyntesen av dessa ämnen involverar desaturering (introduktion av dubbelbindingar), beta-oxidation (kedjeförkortning) samt efterföljande reduktion, acetylering eller oxidation för att bilda flyktiga feromonkomponenter av fettsyra-prekursorerna. Vi har karakteriserat specifika enzym som styr de olika biosyntesstegen Vi använder den syntetiska biologins verktygslåda för att genmodifiera oljeväxter och tobak så att växterna fungerar som fabriker för produktion av fjärilsferomoner. Denna produktionsmetod är ett ”grönt” alternativ till konventionell syntes av feromoner och utgör ett nytt och kostnadseffektivt sätt att framställa feromoner med hög kemisk renhet och med ett minimum av miljöfarliga restprodukter.
Vi använder gener och kombinationer av gener av olika ursprung för att skräddarsy produktion av specifika insektsferomoner i tobaksplantor (Nicotiana spp) och i oljedådra (Camelina sativa). Genom stabil transformering av dessa båda växter med olika kombinationer av gener har vi etablerat flera transgena linjer för produktion av feromoner med kolkedjelängder från C12 till C16, både i blad och frön. När dessa växtproducerade feromonblandningar testades i fält var de mycket attraktiva för hanar av respektive art och matchade väl aktiviteten för de konventionellt producerade feromonerna. De fungerade också för förvirring av skadefjärilarnas parningskommunikation i bekämpningssyfte.
Vi vill nu utöka produktportföljen med oljedådran som produktionsplattform och producera mera komplicerade dubbelomättade feromonkomponenter för flera arter skadeinsekter. De växtproducerade feromonernas aktivitet kommer att jämföras med konventionellt syntetiserade feromoner. Samtidigt kommer vi att undersöka hur stabil produktion av feromoner i oljedådra är genom att odla olika generationer av tidigare genmodifierade linjer under kontrollerade förhållanden och analysera produktion och genexpression i dessa.
Vi kommer också att framställa tobakslinjer som inte bara lagrar utan faktiskt avger fjärilsferomoner under odling. Hur beter sig fjärilar i en miljö med växter som avger feromoner? Kan sådana växter användas för produktion och avgivning av feromoner till skydd för andra grödor?
”Odling av feromoner” är ett exempel på grön kemi, ett hållbart alternativ till traditionell produktion av feromoner, ett nytt och kostnadseffektivt sätt att framställa feromoner med hög kemisk renhet och med ett minimum av miljöfarliga restprodukter. Biologisk produktion av feromoner för skadedjurskontroll kommer att sänka kostnaden för feromonbaserade bekämpningsmetoder och därmed leda till att feromoner kan användas i flera grödor, inte bara sådana med högt skördevärde, och därmed minska den globala användningen av pesticider.