Ученые разрабатывают технологию, позволяющую растениям сигнализировать о ранних признаках проблем с урожаем, таких как инфекции или повреждение насекомыми-вредителями. Для этого используются специальные «сторожевые растения» со встроенными биодатчиками, которые светятся при обнаружении определенных химических веществ.
Как это работает?
При стрессе растения выделяют сигнальные молекулы, запускающие защитные реакции. Например, при поедании насекомыми листья вырабатывают молекулы, отпугивающие вредителей. Два наиболее распространенных сигнала - это перекись водорода и салициловая кислота.
Несколько лет назад ученые из Массачусетского технологического института (MIT) создали биодатчик для листьев, который флуоресцирует (светится) при обнаружении перекиси водорода. Датчик представляет собой множество углеродных нанотрубок, обернутых синтетической ДНК.
Нанесенный на нижнюю часть листа раствор с такими биодатчиками (CoPhMoRe) проникает через микроскопические отверстия (устьица) в мякоть листа, где происходит фотосинтез. При появлении перекиси водорода она связывается с датчиками, заставляя их светиться. Это свечение легко улавливается инфракрасной камерой.
Хотя перекись водорода указывает на стресс, обнаружение салициловой кислоты еще более информативно. Поэтому ученые модифицировали датчик, создав второй тип CoPhMoRe, реагирующий на салициловую кислоту.
Растения-«сторожа»
В лабораторных тестах на растениях пак-чой ученые использовали растворы с разными датчиками на одном листе. Затем растения подвергали стрессу: ярким светом, жарой, бактериями и укусами насекомых.
Оказалось, что первые три стрессора вызывали выработку перекиси водорода за минуты, а затем в течение двух часов появлялась салициловая кислота. При этом время появления кислоты зависело от типа стресса.
Разместив несколько растений-«сторожей» среди обычных культур и наблюдая за ними с помощью инфракрасной камеры, фермеры смогут на ранней стадии определять проблемы, связанные со светом, жарой или бактериями, по времени между появлением перекиси водорода и салициловой кислоты. Если перекись водорода выделяется без кислоты, это указывает на появление насекомых-вредителей. Осутствие обоих сигналов означает, что растения здоровы.
«Эти датчики вместе сообщают, какому именно стрессу подвержено растение. Внутри растения происходят химические изменения, и каждое из них является уникальным сигналом определенной проблемы. Мы внедряем эту технологию в диагностику, которая сможет предоставлять фермерам информацию в режиме реального времени быстрее, чем любой другой датчик, и достаточно быстро для принятия мер», - говорит профессор MIT Майкл Страно.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
