Поскольку население мира превышает 8 миллиардов, проблема производства достаточного количества продовольствия становится все более актуальной. Нидерланды являются вторым по величине экспортером продовольствия в мире, эффективно выращивая широкий спектр сельскохозяйственных культур. Однако такие болезни растений, как ложная мучнистая роса, представляют собой значительную угрозу, например, для салата – полезной для здоровья культуры.
Голландские исследователи из Делфтского технического университета разработали первый в истории метод мониторинга инфекций в растениях в режиме реального времени, без необходимости их уничтожения. Эти знания помогут в выведении новых, устойчивых культур, которые дают более высокую урожайность при снижении использования пестицидов, сообщает Файн Босман в релизе университета. Результаты также опубликованы в Nature Communications.
Фермеры, выращивающие салат, предпочитают сорта, устойчивые к различным заболеваниям, включая ложную мучнистую росу, распространенное заболевание растений, вызывающее желтые или коричневые пятна на верхней поверхности листьев. Ученые из Делфта исследовали инфекции ложной мучнистой росы на салате, виде растений, где такие инфекции обычно видны только на поздних стадиях.
«Действительно, существуют сорта салата, устойчивые к ложной мучнистой росе, но, как и в случае с коронавирусом, болезнь постоянно эволюционирует в новые варианты, которые все еще могут заражать устойчивые растения. Это заставляет ученых и селекционеров постоянно работать над созданием новых устойчивых культур в ответ на развивающиеся болезни», - объясняет физик Йос де Вит, который сотрудничал с биологами из Утрехтского университета в рамках своего докторского исследования.
Для выращивания таких культур, как салат, которые могут лучше противостоять болезням, исследователи из Делфтского технического университета и Утрехтского университета разработали метод, позволяющий визуализировать распространенные инфекции растений. Впервые это можно сделать, не убивая растение, и значительно быстрее, чем обычная микроскопия.
«До сих пор исследователям приходилось убивать растение на каждом этапе процесса, окрашивать его, а затем изучать под микроскопом, - рассказывает Йерун Калкман, доцент кафедры физики визуализации. - Теперь, с помощью этой новой техники визуализации, мы можем отслеживать, как болезнь развивается в живом растении в режиме реального времени».
Ученые-растениеводы часто не знают, как инфекция прогрессирует внутри растения и что делает определенные культуры нечувствительными к патогенам. Этот новый инструмент дает понимание, помогая выращивать культуры с более широкой устойчивостью к различным заболеваниям.
«Эти культуры требуют меньше пестицидов, лучше приспособлены к экстремальным погодным условиям и в конечном итоге дают гораздо больший урожай. Это означает, что в долгосрочной перспективе можно будет прокормить больше людей на Земле», - отмечает Калкман.
«Техника, которую мы использовали, называется динамической оптической когерентной томографией (dOCT), - говорит Де Вит. - Она включает в себя излучение света и измерение времени, необходимого для того, чтобы этот свет отразился обратно, аналогично ультразвуку, но со светом вместо звука. Всего за полторы секунды мы можем сделать около 50–100 снимков зараженного листа салата. Мы можем эффективно картировать болезни растений с помощью dOCT, поскольку патогены перемещаются больше, чем клетки растений. Назначая цвета областям с большей подвижностью, мы можем создать сильный контраст между патогеном и растением. Без dOCT болезнь была бы видна только на гораздо более поздней стадии».
Сканирование листа салата на клеточном уровне с помощью динамической оптической когерентной томографии (dOCT). Зеленые линии - нити ложной мучнистой росы. Источник: Delft University of Technology.
Помимо салата, исследователи продемонстрировали, что их инструмент также работает и для других культур, таких как редис и перец, подверженных атаке вредных нематод. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы сделать этот метод удобным инструментом для биологов без технического образования. Калкман заявил: «Я с нетерпением жду продолжения этого исследования, чтобы преодолеть разрыв между технологией и биологией».
