Cywilizacja, jaką znamy dzisiaj, nie mogłaby się rozwinąć ani przetrwać bez odpowiedniego zaopatrzenia w żywność. — Normana Borlauga

Większość ludzi nigdy nie słyszała Norman Borlaug. Jak dotąd jest jedynym naukowcem zajmującym się rolnictwem, który otrzymał Pokojową Nagrodę Nobla. Jego praca nad rozwojem wysokowydajnych i odpornych na choroby upraw zbóż pozwoliła zaoszczędzić ponad miliard (tak, miliard) ludzie z głodu.

Chociaż wypowiedział te słowa prawie 50 lat temu, jego przesłanie nie mogło być bardziej aktualne dzisiaj. Żyjemy w świecie, który oczekuje się, że przekroczy 2050 miliardów ludzi do około XNUMX roku, a obecnie niektóre 800 mln osób nie mają wystarczającej ilości pożywienia, aby prowadzić zdrowe i aktywne życie.

Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa przewiduje, że musimy to zrobić zwiększyć produkcję żywności o co najmniej 70% aby dostosować się do tego gwałtownego wzrostu liczby ludności. To trudne zadanie, które jest jeszcze trudniejsze, ponieważ prawie 20% światowych zbiorów jest tracone z powodu chorób roślin. Jednym z najskuteczniejszych sposobów zwalczania tych chorób jest kontrola chemiczna – stosowanie pestycydów. Jednak patogeny mogą szybko rozwinąć odporność na pestycydy, co może wymagać coraz większego zużycia w celu utrzymania produkcji. Istnieje również względy środowiskowe i zdrowotne związane z zastosowaniem potencjalnie toksycznych chemikaliów na polach.

Istnieje pilne zapotrzebowanie na bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone metody ochrony upraw. W tym miejscu wkraczamy my, patolodzy roślin. Patolog roślin specjalizuje się w zdrowiu roślin w taki sam sposób, w jaki lekarz specjalizuje się w zdrowiu ludzi, i pracujemy niestrudzenie, aby chronić nasze zasoby żywności.

Nowatorski obszar badań w walce z patogenami koncentruje się na wzmacnianiu naturalnego układu odpornościowego rośliny. Jeśli roślina może sama zwalczyć infekcję, możemy zmniejszyć ilość potrzebnych pestycydów. Podobnie jak w przypadku szczepienia dzieci w celu ochrony przed przyszłymi chorobami, patolodzy roślin stosują tę samą metodologię do „uodparniania” roślin przed patogenami w celu wzmocnienia ich obrony immunologicznej przed najeźdźcami. Ta metoda pobudzania układu odpornościowego roślin może być bezpiecznym i skutecznym sposobem na uratowanie części globalnych zbiorów, które obecnie są tracone z powodu chorób.

Specjalista od manioku sprawdza chore uprawy w północno-wschodniej Tajlandii. CIAT, CC BY-SA

Zrozumienie systemu odpornościowego roślin

Rośliny są naturalnie narażone na działanie różnych drobnoustrojów chorobotwórczych, takich jak bakterie, grzyby i wirusy. W przeciwieństwie do ludzi, którzy mają zdolność fizycznego unikania infekcji, rośliny są nieruchome. Dlatego każda komórka w roślinie musi bronić się przed atakiem. Rośliny mają wielopoziomowy układ odpornościowy, który pomaga im zwalczać te mikroorganizmy. Działa w sposób bardzo podobny do ludzkiego układu odpornościowego.

Rośliny wykrywają patogeny, rozpoznając „wzorce” drobnoustrojów. Są to unikalne cechy rodzaju drobnoustroju (pomyśl o wici bakteryjnej), który roślina ewoluowała, aby rozpoznać go jako „obcego”. Zdolność tę możemy przyrównać do rozpoznawania antygenów przez organizm ludzki, co wywołuje odpowiedź immunologiczną. Niestety, patogeny nieustannie ewoluują, aby uniknąć rozpoznania, zazwyczaj poprzez osłanianie lub ukrywanie tych wzorców. Ta zdolność pozwala im skolonizować komórki rośliny, zanim zdążą one wywołać skuteczną odpowiedź immunologiczną.

Przygotowanie obronne jest jak szczepienie

Jednym z naszych głównych celów badawczych jest wykorzystanie tych wzorców do przygotowania układ odpornościowy roślin, tworząc wzmocnioną ochronę przed drobnoustrojami chorobotwórczymi, zamiast tradycyjnych metod kontroli chemicznej.

Zasada "przygotowanie obronne” jest bardzo podobny do tego, w jaki sposób opracowujemy szczepionki do leczenia ludzkich chorób. Szczepionka działa, działając jako oszust patogenu. Oszukuje układ odpornościowy, aby myślał, że jest atakowany, co stymuluje reakcje obronne, takie jak wytwarzanie przeciwciał. Tworzy to pamięć obronną, umożliwiając układowi odpornościowemu zapamiętanie określonego patogenu, jeśli organizm napotka go w przyszłości. Następnie może szybko i solidnie zareagować dzięki swojej zagruntowanej pamięci ze szczepionki.

Możemy zastosować tę samą zasadę do relacji roślina-patogen. Na przykład, po zidentyfikowaniu wzorca zainteresowania patogenu, pracujemy nad jego wyizolowaniem i oczyszczeniem. Ten krok przypomina wytwarzanie szczepionki. Następnie możemy zaszczepić roślinę oczyszczonym wzorem – na przykład wstrzykując go do łodygi lub liści za pomocą strzykawki. Celem jest pobudzenie naturalnej odpowiedzi immunologicznej rośliny, co skutkuje szybszą i/lub silniejszą reakcją obronną przy następnym zetknięciu się rośliny z tym patogenem.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Zasadniczo zapewniamy, że rośliny są przygotowane do bitwy, zanim wróg zaatakuje. Rośliny zagruntowane wykazują zwiększoną tolerancję na infekcję, która często charakteryzuje się mniejszą liczbą objawów i zmniejszoną populacją patogenów w roślinie. Chociaż rośliny zagruntowane nie zostały jeszcze wdrożone na dużą skalę w rolnictwie komercyjnym, naukowcy aktywnie prowadzą badania nad wykorzystaniem przygotowanie obronne zarówno w szklarni, jak i na polu ustawienia ochrony przed bakteriami, wirusami i grzybami.

Moje własne badania skupiają się przede wszystkim na zastosowaniu torowania obronnego do ochrony przed bakteryjnym patogenem tzw Xylella fastidiosa ma to wpływ na warty wiele miliardów dolarów przemysł winiarski, stołowy i winogronowy z rodzynkami. Powoduje chorobę Pierce'a, która kosztuje stan Kalifornia ponad 100 mln USD rocznie w kosztach utraty plonów i wysiłkach na rzecz jej leczenia. Obecnie nie ma lekarstwa na choroby powodowane przez ten patogen roślinny, ale naszym celem jest wykorzystanie torowania obronnego, aby go pokonać.

Rośliny też chorują! Grzyb rdzy łodygowej na pszenicy. Yue Jin, Dział Badań Rolniczych

Potencjał w rolnictwie komercyjnym

W przeciwieństwie do ludzkiego układu odpornościowego, w którym reakcje obronne są specyficzne dla konkretnego zarazka, efekty torowania u roślin mają szerokie spektrum, chroniąc roślinę przed szeroką gamą chorób i szkodników owadzich.

Inną ważną zaletą torowania obronnego jest niewielki lub żaden spadek sprawności roślin – rośliny nadal rosną i rozmnażają się normalnie. Jest to kluczowa zaleta w rolnictwie komercyjnym, gdzie sukces zależy od wysokich plonów.

Ponadto stan pobudzenia jest trwały i można go utrzymać długo po początkowym bodźcu. Bieżące badania wykazały również, że rośliny mogą przekazywać tę pamięć obronną swojemu potomstwu, zapewniając ochrona wielopokoleniowa bez jakiejkolwiek modyfikacji genetycznej.

Potrzebne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć mechanizmy molekularne stojące za tym zjawiskiem, ale przygotowanie obronne wydaje się być cennym i obiecującym narzędziem w przyszłości zrównoważonego rolnictwa.

O autorze

Jeannette Rapicavoli jest doktorantką w dziedzinie patologii roślin na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside. Moje badania koncentrują się na molekularnych podstawach interakcji żywiciel-patogen bakterii chorobotwórczych roślin zasiedlających ksylem, czyli tkankę przewodzącą wodę roślinnego układu naczyniowego. W szczególności pracuję z patogenem bakteryjnym, który powoduje poważne choroby winorośli i owoców cytrusowych, a także innych ważnych gospodarczo roślin żywicielskich. Obecnie moje badania podkreślają rolę polisacharydów powierzchniowych komórek bakteryjnych jako elicytorów wrodzonego układu odpornościowego roślin.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązana książka:

at

Dzięki za odwiedziny InnerSelf.com, gdzie są 20,000 + zmieniające życie artykuły promujące „Nowe postawy i nowe możliwości”. Wszystkie artykuły są tłumaczone na 30+ języków. Zapisz się! do wydawanego co tydzień magazynu InnerSelf i Daily Inspiration Marie T Russell. Magazyn InnerSelf ukazuje się od 1985 r.