Integrasi data transkriptomik dan proteomik daripada Rhynchophorus ferrugineus untuk pembangunan racun serangga biorasional

Abstract

Rhynchophorus ferrugineus atau kumbang merah palma (RPW) adalah serangga perosak yang menyerang lebih 40 spesis palma di lebih 60 lebih negara, termasuk pokok kelapa, kurma dan kelapa sawit. Serangan ini telah mengakibatkan kerugian yang besar di negara-negara Timur Tengah, Asia Tenggara termasuk Indonesia, dan China. Di Malaysia, serangan RPW setakat ini tertumpu pada pokok kelapa dan sagu, tetapi terdapat ancaman serangan RPW yang serius terhadap 5.8 juta hektar ladang kelapa sawit, yang merupakan salah satu penyumbang utama ekonomi negara. Pilihan perumah yang berubah-ubah oleh RPW, menuntut langkah pencegahan dan kawalan yang lebih efisien. Strategi utama untuk mengawal RPW adalah dengan menggunakan racun serangga berspektrum luas. Racun ini telah dilaporkan mencemarkan alam sekitar. Ia juga turut membunuh serangga bukan sasaran, terutama kumbang pendebunga pokok kelapa sawit, Elaeidobius kamerunicus (EK). Maka, racun serangga yang mampu mengawal serangan RPW tanpa menjejaskan kumbang pendebunga sangat diperlukan. Objektif kajian ini adalah untuk mengenalpasti protein yang dilimpah secara berbeza (Differentially Abundant Protein; DAP) dan gen yang diekspres secara berbeza (Differentially Expressed Gene; DEG) di antara larva dan kumbang dewasa RPW; untuk mengenalpasti laluan berpotensi untuk direncat daripada analisis integrasi data transkriptomik dan proteomik; untuk mengenalpasti perencat berpotensi yang bertindak secara khusus ke atas RPW menggunakan pengedokan secara in silico dan simulasi kedinamikan molekul (MD); dan untuk menilai ketoksikan perencat berpotensi ke atas RPW dan EK. Melalui analisis data proteomik, sebanyak 983 protein telah dikenalpasti dan 327 darinya adalah DAP. Analisis data transkriptomik pula mengenalpasti 16 954 gen dan 7377 darinya adalah DEG. Integrasi kedua-dua dataset mengenalpasti 18 657 protein dengan 7540 menunjukkan perbezaan yang signifikan di antara peringkat perkembangan RPW yang berbeza. Protein yang signifikan tersebut dipetakan kepada 39 laluan yang diperkayakan dan laluan biosintesis hormon juvenil yang wujud secara spesifik didalam serangga telah dipilih. Farnesol dehidrogenase yang merupakan enzim pengehad di dalam laluan tersebut telah dikenalpasti. Analisis pengedokan molekul antara enzim tersebut dengan 13 856 molekul dari pangkalan data ZINC20 telah mengenalpasti 1000 molekul yang dicadangkan sebagai calon perencat berdasarkan skor pengedokan yang terbaik. Daripada 1000 perencat, 20 perencat didapati memenuhi ciri-ciri fizikokimia dan racun serangga yang selamat. Selepas disaring menggunakan analisis simulasi MD berdurasi pendek (5 ns), 8 perencat sahaja yang mempunyai interaksi dengan residu aktif. Daripada 8 perencat tersebut, ZINC1719908 telah dipilih sebagai perencat terbaik selepas dianalisis menggunakan simulasi MD berdurasi panjang (100 ns). Perencat ini mempunyai LC50 sebanyak 8.74 mg/ml terhadap RPW dan tidak menunjukkan ketoksikan terhadap kumbang EK. Kajian ini telah berjaya mengenalpasti DAP dan DEG untuk diintegrasi, mengenalpasti enzim farnesol dehidrogenase yang terlibat dalam laluan hormon juvenil sebagai sasaran bagi penghasilan perencat yang terpilih terhadap RPW, sekaligus mengenalpasti penyelesaian yang berpotensi, spesifik dan selamat dalam mengawal serangan RPW. Oleh itu, perencat yang dikenalpasti di dalam kajian ini berpotensi dibangunkan sebagai racun serangga yang efisien untuk menyelamatkan industri berasaskan pokok palma, khususnya kelapa sawit di Malaysia yang berisiko tinggi diserang RPW.