Rastlinné senzory ako systém včasného varovania pre poľnohospodárov
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 24. 4. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Špeciálne označené „strážne rastliny“ by mohli čoskoro poskytovať včasné varovanie pred problémami s plodinami, ako je poškodenie hmyzom alebo bakteriálna infekcia. Tieto rastliny by využívali dva „svietiace“ senzory, ktoré reagujú na zlúčeniny súvisiace so stresom v listoch.
Keď sú rastliny vystavené stresu, ich listy produkujú chemické látky známe ako signálne molekuly, ktoré spúšťajú ich adaptačné reakcie. Ak napríklad rastlinu požiera hmyz, jej listy môžu produkovať signálnu molekulu, ktorá spustí zvyšok rastliny, aby produkovala chemickú látku, ktorá hmyz odpudzuje. Dve najčastejšie používané signálne molekuly sú pritom peroxid vodíka a kyselina salicylová.
Pred štyrmi rokmi profesor Michael Strano z MIT a jeho kolegovia vytvorili senzor integrovaný do listu, ktorý fluoreskuje v prítomnosti peroxidu vodíka. „Senzor“ v skutočnosti pozostáva z množstva jednostenných uhlíkových nanorúrok, z ktorých každá je obalená vláknom syntetickej DNA známej ako oligomér.
Keď sa nosný roztok obsahujúci tieto nanosenzory s „molekulárnym rozpoznávaním v korónovej fáze“ (Corona Phase Molecular Recognition - CoPhMoRe) nanesie na spodnú stranu listu, drobné objekty sa dostanú cez nepatrné otvory na povrchu listu nazývané ako stomata. Nanosenzory skončia v mezofyle, čo je vnútorná vrstva listu, v ktorej prebieha väčšina fotosyntézy. Keď sa v tejto vrstve následne vytvorí peroxid vodíka, spojí sa s nanosenzormi a spôsobí ich fluoreskovanie. Túto fluorescenciu možno ľahko zistiť pomocou infračervenej kamery.
Aj keď samotná produkcia peroxidu vodíka môže indikovať prítomnosť určitých stresových faktorov v rastlinách, schopnosť detegovať aj kyselinu salicylovú by bola ešte užitočnejšia. Vzhľadom na túto skutočnosť tím teraz zmenil štruktúru oligoméru použitého v technológii a vytvoril druhý typ nanosenzora CoPhMoRe, ktorý fluoreskuje po naviazaní kyseliny salicylovej namiesto peroxidu vodíka.
V laboratórnych testoch vykonaných na rastlinách čínskej kapusty pak choi (alebo bok choi) boli roztoky obsahujúce dva rôzne typy nanosenzorov aplikované na rôzne časti toho istého listu. Tieto rastliny boli potom vystavené stresovým faktorom, ako je ostré svetlo, teplo, bakteriálna infekcia a uhryznutie hmyzom.
Zistilo sa, že prvé tri z týchto stresorov viedli k produkcii peroxidu vodíka v priebehu niekoľkých minút, po ktorých nasledovala produkcia kyseliny salicylovej niekedy v priebehu dvoch hodín. Presný čas, ktorý bol potrebný na objavenie kyseliny salicylovej, sa však zhodne líšil v závislosti od typu stresora.
To znamená, že ak by sa niekoľko rastlín so zvýšenou účinnosťou CoPhMoRe, v rámci úrody bežných rastlín, neustále monitorovalo infračervenou kamerou, poľnohospodári by mohli zistiť, či sa u nich vyskytujú počiatočné štádiá svetelného, tepelného alebo bakteriálneho stresu. A to na základe toho, koľko času uplynulo medzi tým, ako ich listy najprv produkovali peroxid vodíka a potom kyselinu salicylovú.
Ak by sa produkoval len peroxid vodíka, znamenalo by to, že vinníkom je hmyz. A samozrejme, ak by sa neprodukovala ani jedna zo signálnych molekúl, znamenalo by to, že rastliny sú v poriadku.
„Tieto dva senzory spolu dokážu používateľovi presne povedať, akému stresu je rastlina vystavená. Vo vnútri rastliny sa v reálnom čase zaznamenávajú chemické zmeny, ktoré stúpajú a klesajú, a každá z nich slúži ako odtlačok prsta iného stresu,“ hovorí profesor Strano. „Túto technológiu začleňujeme do diagnostiky, ktorá dokáže poľnohospodárom poskytnúť informácie v reálnom čase oveľa rýchlejšie, ako to dokáže akýkoľvek iný senzor, a dostatočne rýchlo na to, aby mohli zasiahnuť.“
Článok o tejto štúdii bol nedávno uverejnený v magazíne Nature Communications.
