Civilizația așa cum este cunoscută astăzi nu ar fi putut evolua și nici nu poate supraviețui fără o aprovizionare adecvată cu alimente. - Norman Borlaug

Majoritatea oamenilor nu au auzit niciodată de asta Norman Borlaug. El este, până în prezent, singurul om de știință agricol care a câștigat Premiul Nobel pentru Pace. Munca sa în dezvoltarea culturilor de cereale cu randament ridicat și rezistente la boli a economisit mai mult de un miliard (da, miliard) oameni din foamete.

Deși a rostit aceste cuvinte în urmă cu aproape 50 de ani, mesajul său nu putea fi mai relevant astăzi. Trăim într-o lume care se așteaptă să depășească nouă miliarde de oameni până în jurul anului 2050, și în prezent, unele 800 milioane de oameni nu au suficientă hrană pentru a duce o viață sănătoasă și activă.

Proiectele Organizației Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură de care avem nevoie crește producția de alimente cu cel puțin 70% pentru a face față acestei creșteri a creșterii populației. Aceasta este o sarcină descurajantă, făcută și mai dificilă de faptul că aproape 20% din recolta globală se pierde din cauza bolilor plantelor. Una dintre cele mai eficiente modalități de combatere a acestor boli este prin controlul chimic - aplicarea pesticidelor. Cu toate acestea, agenții patogeni pot dezvolta rapid rezistență la pesticide, care poate necesita o utilizare tot mai mare pentru a menține producția. Există, de asemenea probleme de mediu și de sănătate asociate cu aplicarea de substanțe chimice potențial toxice pe câmpuri.

Cererea este urgentă pentru metode mai sigure și mai durabile de protecție a culturilor. Acolo intervenim noi, patologii plantelor. Un patolog al plantelor este specializat în sănătatea plantelor în același mod în care un medic este specializat în sănătatea umană și lucrăm neobosit pentru a ne proteja aprovizionarea cu alimente.

O nouă zonă de cercetare în războiul împotriva agenților patogeni se concentrează pe îmbunătățirea sistemului imunitar natural al plantei. Dacă o plantă poate combate singură o infecție, putem reduce cantitatea de pesticide necesare. Similar cu modul în care copiii sunt vaccinați pentru a proteja împotriva viitoarelor boli, patologii plantelor folosesc aceeași metodologie pentru a „imuniza” plantele împotriva agenților patogeni, cu scopul de a-și consolida apărarea imună împotriva invadatorilor. Această metodă de amorsare a sistemului imunitar al plantelor ar putea fi o modalitate sigură și eficientă de a salva o parte din recolta globală pierdută în prezent de boli.

Un specialist în manioc inspectează o recoltă bolnavă din nord-estul Thailandei. CIAT, CC BY-SA

Înțelegerea sistemului imunitar al plantelor

Plantele sunt expuse în mod natural la o varietate de microbi patogeni, cum ar fi bacterii, ciuperci și viruși. Spre deosebire de ființele umane, care au capacitatea de a evita fizic infecțiile, plantele sunt imobile. Prin urmare, fiecare celulă din plantă trebuie să se apere împotriva atacului. Plantele au un sistem imunitar cu mai multe niveluri care le ajută să lupte împotriva acestor microorganisme. Funcționează într-un mod foarte asemănător cu sistemul imunitar uman.

Plantele detectează agenții patogeni recunoscând „modelele” microbiene. Acestea sunt caracteristici unice ale tipului de microb (gândiți-vă la flageli bacterieni) pe care planta a evoluat pentru a-l recunoaște ca „non-self”. Putem echivala această capacitate cu recunoașterea antigenelor de către corpul uman, ceea ce induce un răspuns imun. Din păcate, agenții patogeni evoluează continuu pentru a se sustrage recunoașterii, de obicei prin protejarea sau disimularea acestor tipare. Această abilitate le permite să colonizeze celulele unei plante înainte ca aceasta să poată oferi un răspuns imun eficient.

Pregătirea pentru apărare este ca vaccinarea

Unul dintre obiectivele noastre majore de cercetare este acela de a valorifica aceste tipare pentru a elabora sistemul imunitar al plantelor, creând o protecție sporită împotriva microbilor patogeni, în locul metodelor tradiționale de control chimic.

Principiul „amorsarea apărării”Este foarte asemănător cu modul în care dezvoltăm vaccinuri pentru tratarea bolilor umane. Un vaccin funcționează acționând ca un impostor patogen. Îl păcălește pe sistemul imunitar să creadă că este atacat, ceea ce stimulează răspunsurile de apărare, cum ar fi producerea de anticorpi. Acest lucru creează o memorie de apărare, permițând sistemului imunitar să-și amintească un anumit agent patogen dacă corpul îl întâlnește în viitor. Apoi poate răspunde rapid și robust, datorită memoriei sale inițiate din vaccin.

Putem aplica același principiu unei relații plantă-patogen. De exemplu, odată ce am identificat modelul de interes al unui agent patogen, lucrăm pentru a-l izola și purifica. Acest pas este ca și fabricarea vaccinului. Putem apoi inocula planta cu modelul purificat - de exemplu, injectându-l în tulpină sau frunze cu o seringă. Scopul este de a stimula răspunsul imunitar natural al plantei, rezultând un răspuns de apărare mai rapid și / sau mai puternic data viitoare când planta întâlnește acel agent patogen.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Practic ne asigurăm că plantele sunt pregătite pentru luptă înainte de atacurile inamice. Plante amorsate prezintă o toleranță sporită la infecție, care este adesea caracterizată de mai puține simptome și populații reduse de agenți patogeni din cadrul plantei. Deși plantele amorsate nu au fost încă puse în aplicare pe scară largă în agricultura comercială, oamenii de știință efectuează activ cercetări cu privire la utilizarea amorsarea apărării atât în ​​seră, cât și în câmp setări pentru protecția împotriva bacteriilor, virușilor și ciupercilor.

Cercetările mele se concentrează în primul rând pe utilizarea amorsării de apărare pentru protecția împotriva unui agent patogen bacterian numit Xylella fastidiosa care afectează industriile de struguri de vin, de masă și stafide de miliarde de dolari. Provoacă boala lui Pierce, care costă statul California peste 100 milioane USD anual în cheltuielile cu pierderea recoltei și eforturile de tratare a acesteia. În prezent nu există nici un remediu pentru bolile cauzate de acest agent patogen al plantei, dar scopul nostru este să folosim amorsarea de apărare pentru a-l învinge.

Plantele se îmbolnăvesc și ele! Ciuperca de rugină a tulpinilor pe grâu. Yue Jin, Serviciul de cercetare agricolă

Potențial în agricultura comercială

Spre deosebire de sistemul imunitar uman, în care răspunsurile de apărare sunt specifice unui anumit germen, efectele amorsării la plante sunt cu spectru larg, protejând planta împotriva unei game largi de boli și dăunători de insecte.

Un alt beneficiu major al amorsării apărării este că există o reducere mică sau deloc a stării de fitness a plantelor - plantele cresc și se reproduc în mod normal. Acesta este un avantaj critic în agricultura comercială, unde succesul este condiționat de randamente ridicate.

Mai mult, starea amorsată este durabilă și poate fi menținută mult timp după stimulul inițial. Cercetările actuale au arătat, de asemenea, că plantele pot transmite această memorie de apărare descendenților lor, oferind protectie multigenerationala fără nicio modificare genetică.

Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a ne îmbunătăți înțelegerea mecanismelor moleculare din spatele acestui fenomen, dar pregătirea pentru apărare pare să fie un instrument valoros și promițător în viitorul agriculturii durabile.

Despre autor

Jeannette Rapicavoli este doctorandă în patologie vegetală la Universitatea din California, Riverside. Cercetarea mea se concentrează pe baza moleculară a interacțiunilor gazdă-agent patogen ale bacteriilor patogene ale plantelor care locuiesc în xilem sau în țesutul conductor al apei al sistemului vascular al plantei. Mai exact, lucrez cu un agent patogen bacterian care provoacă boli severe la viță de vie și citrice, printre alte gazde importante din punct de vedere economic. În prezent, cercetările mele au evidențiat rolul polizaharidelor de pe suprafața celulelor bacteriene ca elemente de stimulare a sistemului imunitar înnăscut al plantei.

Acest articol a fost publicat inițial Conversaţie. Citeste Articol original.

Carte înrudită:

at

Multumesc pentru vizita InnerSelf.com, unde sunt 20,000+ articole care schimbă viața care promovează „Noi atitudini și noi posibilități”. Toate articolele sunt traduse în Peste 30 de limbi. Mă abonez la InnerSelf Magazine, publicată săptămânal, și la Daily Inspiration a lui Marie T Russell. Revista InnerSelf a fost publicată din 1985.