Ispanijos mokslininkų komanda sukūrė augalus, kurie tamsoje švyti ir, užsikrėtę, keičia skleidžiamos šviesos atspalvį. Tokia biologinė „signalizacija“ leistų kenkėjus ir ligas pasėliuose aptikti ankstyvoje stadijoje, dar prieš pasirodant matomiems požymiams.
Tyrimą atliko Augalų molekulinės ir ląstelinės biologijos institutas (IBMCP), priklausantis CSIC ir Valensijos politechnikos universitetui. Rezultatai paskelbti žurnale „Nature Communications“ ir, tyrėjų teigimu, atveria naują kryptį pasėlių sveikatos stebėsenai.
Kaip veikia švytėjimo mechanizmas?
Sprendimas įkvėptas grybų bioliuminescencijos: augaluose įdiegtas fermentų rinkinys sukuria reakcijų grandinę, dėl kurios jie nuolat skleidžia žalią šviesą. Pagrindas yra natūralus augalų junginys kafeinė rūgštis, o švytėjimas atsiranda oksidacijos metu susidarius šviesą skleidžiančiai molekulei.
Svarbiausia, kad augalo būklei pasikeitus galima užfiksuoti ir kitokį šviesos signalą. Tai reikštų, kad infekcija būtų aptinkama anksčiau, nei pasėlis pradeda gelsti, vysti ar rodyti kitus įprastus ligų simptomus.
Bandymuose naudojami transgeniniai augalai
Sistemą tyrėjai išbandė su transgeniniais Nicotiana benthamiana augalais, kurie dažnai naudojami laboratoriniuose eksperimentuose. Į juos, pasitelkus modifikuotus virusus, buvo įvesti grybų bioliuminescencijos genai, leidę vizualiai sekti, kaip infekcija plinta ir kuriose vietose ji aktyviausia.
Kitas žingsnis buvo sukurti „sargybinių“ augalų principą, orientuotą į potivirusus. Jei viruso nėra, augalas išlaiko pastovų geltoną signalą, o užsikrėtus patogeno fermentas sukelia šviesos spalvos pokytį, kurį galima užfiksuoti ir paprastomis, nebrangiomis kameromis.
Kuo tai skiriasi nuo įprastų tyrimų?
Šiandien virusinės augalų ligos dažnai nustatomos laboratoriniais metodais, tokiais kaip PGR ar ELISA, kurie yra tikslūs, bet reikalauja laiko, specialios įrangos ir apmokyto personalo. Praktikoje tai reiškia, kad iki rezultato gavimo infekcija kartais spėja išplisti, ypač intensyviai auginamuose šiltnamiuose.
Švytintys augalai iš esmės veiktų kaip nuolatinis, vietoje veikiantis jutiklis. Ūkininkams tai galėtų padėti greičiau izoliuoti židinį, tiksliau planuoti priemones ir sumažinti nuostolius, o kartu ir be reikalo nenaudoti augalų apsaugos produktų.
Kur technologija galėtų prigyti pirmiausia?
Tyrėjai mano, kad realiausias pirmasis pritaikymas būtų šiltnamiuose ir kitose kontroliuojamose auginimo sistemose, kur lengviau valdyti sąlygas ir stebėjimo procesą. Tokiose vietose „sargybiniai“ augalai galėtų įspėti apie pirmuosius protrūkius, kai reakcija dar gali sustabdyti plitimą.
Ilgainiui principą tikimasi pritaikyti ne tik virusams, bet ir kitiems patogenams, pavyzdžiui, bakterijoms ar grybams. Aktualumą didina ir klimato kaita: šylantis klimatas ir ekstremalūs orai keičia kenkėjų bei ligų paplitimą, todėl ankstyvas aptikimas tampa vis svarbesnis žemės ūkiui.
Projekte taip pat dalyvavo CIB-CSIC, Valensijos universiteto medicinos tyrimų padaliniai ir MRC Laboratory of Medical Sciences Londone. Komanda pabrėžia, kad technologijos tikslas yra kuo paprastesnė, vizualiai suprantama diagnostika, kurią būtų galima integruoti į kasdienę pasėlių stebėseną.
