Att hjälpa växter bekämpa patogener genom att förbättra deras immunsystem

Att hjälpa växter bekämpa patogener genom att förbättra deras immunsystem

Civilization som det kallas i dag kunde inte ha utvecklats, inte heller kan den överleva, utan en tillräcklig livsmedelsförsörjning. - Norman Borlaug

De flesta har aldrig hört talas om Norman Borlaug. Han är hittills den enda jordbruksforskaren som någonsin vinner Nobels fredspris. Hans arbete med utvecklingen av högavkastande och sjukdomsbeständiga spannmålsgrödor räddade mer än en miljard (ja, miljard) människor från svält.

Fast han uttalade dessa ord nästan 50 år sedan kunde hans budskap inte vara mer relevant idag. Vi lever i en värld som förväntas överstiga nio miljarder människor med cirka 2050, och för närvarande några 800 miljoner människor har inte tillräckligt med mat för att leva ett hälsosamt och aktivt liv.

FN: s livsmedels- och jordbruksorganisation projekt som vi behöver för att öka matproduktionen med minst 70% för att tillgodose denna ökning i befolkningstillväxten. Detta är en skrämmande uppgift, som görs ännu svårare av det faktum att nästan 20% av den globala skörden förloras till växtsjukdomar. Ett av de mest effektiva sätten att bekämpa dessa sjukdomar är genom kemisk kontroll - användningen av bekämpningsmedel. Patogener kan emellertid snabbt utveckla resistens mot bekämpningsmedel, som då kan kräva någonsin högre användning för att upprätthålla produktionen. Det finns också miljö- och hälsoproblem associerad med användningen av potentiellt toxiska kemikalier till fält.

Efterfrågan är angeläget för säkrare och mer hållbara metoder för växtskydd. Det är där vi, växtpatologerna, gå in. En växt patolog specialiserat sig på växtskydd på samma sätt som en läkare har specialiserat sig på människors hälsa, och vi arbetar outtröttligt för att skydda vår livsmedelsförsörjning.

Ett nytt forskningsområde i kriget mot patogener fokuserar på att förbättra växtens naturliga immunsystem. Om en växt kan kämpa för en infektion på egen hand, kan vi minska mängden bekämpningsmedel som behövs. På samma sätt som barn vaccineras för att skydda mot framtida sjukdomar använder plantpatologer samma metod för att "immunisera" växter mot patogener, med målet att stärka deras immunförsvar mot invaderare. Denna metod för primingplanters immunsystem kan vara ett säkert och effektivt sätt att rädda en del av den globala skörden som för närvarande är förlorad för sjukdomar.

växter under stress1En kassavaxpert inspekterar en sjukt växt i nordöstra Thailand. CIAT, CC BY-SA

Förstå plantens immunsystem

Växter utsätts naturligt för en rad olika patogena mikrober, såsom bakterier, svampar och virus. I motsats till människor, som har förmåga att fysiskt undvika infektioner, är växterna immobila. Därför måste varje cell i växten försvara sig mot attack. Växter har ett multi-tierat immunsystem som hjälper dem att slåss mot dessa mikroorganismer. Det fungerar på ett sätt som är mycket lik det mänskliga immunsystemet.

Växter upptäcker patogener genom att känna igen mikrobiella "mönster". Dessa är unika egenskaper hos typen av mikrobe (tänk bakteriell flagella) som växten har utvecklats för att känna igen som "icke-själv". Vi kan jämställa denna förmåga att känna igen antigener av mänsklig kropp, vilket inducerar ett immunsvar. Tyvärr utvecklas patogener kontinuerligt för att undvika erkännande, vanligtvis genom att skydda eller dölja dessa mönster. Denna förmåga tillåter dem att kolonisera en växtceller innan den kan montera ett effektivt immunsvar.

Försvarspriming är som vaccination

Ett av våra stora forskningsmål är att utnyttja dessa mönster för att pröva växtimmunsystemetSkapa bättre skydd mot sjukdomsalstrande mikrober, i stället för traditionella kemiska bekämpningsmetoder.

Principen om "försvarsbegränsning"Mycket liknar hur vi utvecklar vacciner för att behandla mänskliga sjukdomar. Ett vaccin fungerar genom att verka som en patogen bedrägeri. Det trickar immunsystemet i att tro att det blir attackerat, vilket stimulerar försvarssvar, såsom produktion av antikroppar. Detta skapar ett försvarsminnesmärke, vilket gör att immunsystemet kan komma ihåg en viss patogen om kroppen möter den i framtiden. Det kan sedan reagera snabbt och robust tack vare det primära minnet från vaccinet.

Vi kan tillämpa samma princip på ett växtpatogen-förhållande. När vi till exempel har identifierat ett patogenes intresseområde, arbetar vi för att isolera och rena det. Detta steg är som att tillverka vaccinet. Vi kan sedan inokulera växten med det renade mönstret - till exempel genom att injicera det i stammen eller bladet med en spruta. Målet är att stimulera växtens naturliga immunsvar, vilket resulterar i ett snabbare och / eller starkare försvarsrespons nästa gång växten möter den patogenen.

Vi garanterar i princip att plantorna är beredda för kamp före fiendens attacker. Primed växter uppvisa förbättrad tolerans mot infektion, som ofta kännetecknas av färre symptom och reducerade patogen populationerna inom anläggningen. Även grundade växter har ännu inte genomförts på ett storskaligt grund i kommersiellt jordbruk är forskarna aktivt bedriver forskning om användningen av försvarsbegränsning i både växthus och fält inställningar för skydd mot bakterier, virus och svampar.

Min egen forskning fokuserar främst på användningen av försvarsprimering för skydd mot en bakteriell patogen som kallas Xylella fastidiosa som påverkar vin-, bords- och raisinpressindustrin med flera miljarder dollar. Det orsakar Pierces sjukdom, vilket kostar staten Kalifornien över US $ 100 miljoner årligen i utgifter för grönsaker och insatser för att behandla det. Det finns för närvarande inga botemedel mot de sjukdomar som orsakas av denna växtpatogen, men vårt mål är att utnyttja försvarets priming för att övervaka den.

växter under stress2Växter blir sjuk också! Stam rostsvamp på vete. Yue Jin, Agricultural Research Service

Potential i kommersiellt jordbruk

I motsats till det mänskliga immunsystemet, i vilket försvarssvar är specifika för ett visst bakterie, är effekterna av priming i växter bredspektrum, vilket skyddar växten mot ett brett spektrum av sjukdomar och insektsskadedjur.

En annan stor fördel med försvaret är att det finns liten eller ingen minskning av plantens fitness - växter växer fortfarande och reproduceras normalt. Detta är en kritisk fördel i det kommersiella jordbruket, där framgång beror på höga utbyten.

Vidare är det primerade tillståndet hållbart och kan bibehållas långt efter den initiala stimulansen. Nuvarande forskning har också visat att växter kan vidarebefordra detta försvarsminnesmärke till deras avkomma multigenerationellt skydd utan någon genetisk modifiering.

Ytterligare forskning behövs för att förbättra vår förståelse för de molekylära mekanismerna bakom detta fenomen, men försvarspriming ser sannolikt ut att vara ett värdefullt och lovande verktyg i framtiden för hållbart jordbruk.

Om författarenAvlyssningen

rapicavoli jeannetteJeannette Rapicavoli är doktorand i växtpatologi vid University of California, Riverside. Min forskning fokuserar på den molekylära grunden för värd-patogen interaktioner av växtpatogena bakterier som bor i xylem eller vattenförande vävnad av växtkärlsystemet. Specifikt arbetar jag med en bakteriell patogen som orsakar allvarliga sjukdomar hos vinrankor och citrus, bland annat ekonomiskt viktiga växtvärdar. För närvarande har min forskning belyst rollen av bakteriella cellytan polysackarider som framkallare av anläggningen medfödda immunförsvaret.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

Relaterade Bok:

{amazonWS: searchindex = Böcker, nyckelord = 0226265544; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}