Захист урожаю: біохакінг проти грибкових атак
Шкідливі гриби завдають величезних збитків сільському господарству. Традиційні методи боротьби з ними передбачають використання отруйних фунгіцидів. Дослідники з Технологічного інституту Карлсруе (KIT), які працюють із партнерами з Німеччини, Франції та Швейцарії над проектом DialogProTec, розробили екологічно безпечні альтернативи, які обманюють хімічний зв'язок патогенів із рослинами. Тепер, коли дослідження завершено, нова технологія готова до використання.
Спочатку буріє листя, потім гине вся виноградна лоза. Грибкова інфекція, звана еска, становить загрозу для виноробства в Європі і щороку завдає багатомільйонних збитків виноробам.
"Ця хвороба була відома в Південній Європі з часів Середньовіччя, але вона ніколи не відігравала великої ролі", - говорить доктор Олександра Вольф з Ботанічного інституту КІТ, який координує проект DialogProTec. "Але через зміну клімату грибок тепер зустрічається з багатьма рослинами, ослабленими кліматичним стресом".
Дослідницький проект DialogProTec розробив складні технології для сталого захисту рослин
Звичайний захист рослин зазвичай включає використання отруйних фунгіцидів для боротьби з грибковими захворюваннями, такими як еска. У DialogProTec дослідники розробили абсолютно новий підхід, який працює без будь-яких шкідливих для довкілля токсинів.
«У природі організми взаємодіють за допомогою хімічних сигналів. Ми змогли ідентифікувати деякі сигнали між господарем та патогеном та маніпулювати ними», — каже Вольф, додаючи, що цей «біохак» є точним та ефективним і має мінімальний екологічний слід.
Для розробки нових методів у рамках проекту під керівництвом KIT було створено міждисциплінарну дослідницьку мережу, що включає фахівців у галузі ботаніки, генетики грибів, мікросистемних технологій, органічної хімії та сільськогосподарських наук. У мережі використовувалося близько 20 000 штамів грибів з колекції Інституту біотехнології та дослідження ліків (IBFW) у Кайзерслаутерні та близько 6 000 видів рослин з KIT.
Відстеження сигнальних речовин за допомогою високих технологій
Дослідникам не потрібно було працювати з цілими рослинами та грибами, щоб ідентифікувати та використовувати правильні сигнали. Натомість вони працювали з окремими осередками. Мікрофлюїдний чіп, розроблений спільно з Інститутом технології мікроструктур KIT, послужив основою мініатюрної екосистеми.
"Ми помістили клітини рослин і грибів на чіпи розміром у кілька квадратних сантиметрів, щоб вони не могли вступати у фізичний контакт, але могли взаємодіяти хімічно через мікрорідинний струм", - говорить Крістіан Мецгер з Ботанічного інституту в КІТ.
«Щоб зробити цю взаємодію видимою, ми забезпечили генетичний матеріал у рослинних клітинах генним перемикачем та геном флуоресценції. Щоразу, коли хімічний сигнал активує імунну систему, ми можемо виміряти зелену флуоресценцію». Перемикачі генів взяті з диких виноградних лоз, у яких дослідники раніше виявили особливо активну імунну відповідь.
Вакцинація рослин готова до випробувань
Під час своїх досліджень дослідники вперше розшифрували хімічний зв'язок між грибком та рослиною, що супроводжує грибкову атаку. Однією з речей, які вони визначили були сигнальні речовини, які гриб використовує для придушення імунної відповіді рослини.
"Вони є частиною хімічної взаємодії, сформованої в результаті тривалого еволюційного процесу, і виробляються, як грибок виявляє певні сигнали стресу від рослини", - пояснює професор Пітер Нік, який очолює проект і Ботанічний інститут. Потім команда визначила молекули, які можна використовуватиме реактивації імунної відповіді. Коли ми використовуємо їх для захисту рослин, рослини часто можуть відобразити грибок. Ви можете думати про це як про щеплення рослин", — зауважив Нік.
Інноваційна технологія DialogProTec вже знаходиться на шляху практичного застосування та незабаром буде випробувана у польових умовах. Окрім роботи над альтернативою фунгіцидам, команда проекту також розробила нові підходи до стимулювання росту рослин або боротьби з бур'янами, де в майбутньому отруйні гербіциди можуть замінити сигнальні речовини.
Також читайте: