Giúp thực vật chống lại mầm bệnh bằng cách tăng cường hệ thống miễn dịch của chúng

Giúp thực vật chống lại mầm bệnh bằng cách tăng cường hệ thống miễn dịch của chúng

Nền văn minh như nó được biết đến ngày hôm nay không có thể tiến hoá, và cũng không nó có thể tồn tại mà không cần một nguồn cung cấp đầy đủ thức ăn. - Norman Borlaug

Hầu hết mọi người chưa bao giờ nghe nói về Norman Borlaug. Cho đến nay, ông là nhà khoa học nông nghiệp duy nhất từng giành giải thưởng Nobel Hòa bình. Công việc của ông trong việc phát triển các loại cây ngũ cốc có năng suất cao và kháng bệnh đã tiết kiệm được hơn một tỷ đồng (vâng, tỷ) người khỏi đói.

Mặc dù anh ta đã thốt ra những lời này gần 50 năm trước, tin nhắn của anh ta không thể phù hợp hơn ngày hôm nay. Chúng ta đang sống trong một thế giới dự kiến ​​sẽ vượt quá chín tỷ người vào khoảng 2050và hiện tại, một số 800 triệu người không có đủ thức ăn để sống một cuộc sống năng động và khỏe mạnh.

Các dự án của Liên Hiệp Quốc Tổ chức Nông lương mà chúng ta cần phải tăng sản lượng lương thực ít nhất là 70% để thích ứng với sự gia tăng dân số này. Đây là một nhiệm vụ khó khăn, thậm chí còn khó khăn hơn bởi thực tế là gần như 20% thu hoạch toàn cầu bị mất các bệnh thực vật. Một trong những cách hiệu quả nhất để chống lại các bệnh này là thông qua kiểm soát hóa học - ứng dụng thuốc trừ sâu. Tuy nhiên, mầm bệnh có thể nhanh chóng phát triển tính kháng thuốc trừ sâu, sau đó có thể yêu cầu sử dụng cao hơn bao giờ hết để duy trì sản xuất. Cũng có mối quan tâm về môi trường và sức khỏe liên quan đến việc áp dụng các hóa chất có khả năng độc hại cho các lĩnh vực.

Nhu cầu cấp thiết cho các phương pháp an toàn hơn và bền vững hơn của bảo vệ thực vật. Đó là nơi chúng tôi, các nhà bệnh lý học thực vật, bước vào. Một bệnh học thực vật chuyên về sức khỏe cây trồng trong cùng một cách một bác sĩ chuyên về sức khỏe con người, và chúng tôi làm việc không mệt mỏi để bảo vệ nguồn cung cấp thực phẩm của chúng tôi.

Một lĩnh vực nghiên cứu mới trong cuộc chiến chống lại mầm bệnh tập trung vào việc tăng cường hệ thống miễn dịch tự nhiên của cây. Nếu một cây có thể tự chống lại nhiễm trùng, chúng ta có thể giảm lượng thuốc trừ sâu cần thiết. Tương tự như cách trẻ em được tiêm vắc-xin để bảo vệ chống lại các bệnh trong tương lai, các nhà nghiên cứu bệnh học thực vật đang sử dụng cùng một phương pháp để tiêm chủng cho cây cỏ chống lại mầm bệnh, với mục tiêu tăng cường khả năng phòng vệ miễn dịch chống lại kẻ xâm lược. Phương pháp hệ thống miễn dịch của cây mồi này có thể là một cách an toàn và hiệu quả để cứu một số vụ thu hoạch toàn cầu hiện đang bị mất.

cây bị stress1Một chuyên gia sắn kiểm tra một cây trồng bị bệnh ở vùng đông bắc Thái Lan. CIAT, CC BY-SA

Hiểu hệ thống miễn dịch thực vật

Thực vật tiếp xúc tự nhiên với nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, chẳng hạn như vi khuẩn, nấm và vi rút. Trái ngược với con người, những người có khả năng trốn tránh nhiễm trùng, thực vật là bất động. Do đó, mọi tế bào trong nhà máy phải tự vệ trước sự tấn công. Thực vật có hệ thống miễn dịch đa tầng giúp chúng chống lại các vi sinh vật này. Nó hoạt động theo cách rất giống với hệ thống miễn dịch của con người.

Thực vật phát hiện mầm bệnh bằng cách nhận ra các mẫu vi sinh vật. Đây là những đặc điểm độc đáo của loại vi khuẩn (nghĩ là vi khuẩn Flagella) mà thực vật đã tiến hóa để nhận ra là không tự ngã. Chúng ta có thể đánh đồng khả năng này với sự công nhận kháng nguyên của cơ thể con người, gây ra một phản ứng miễn dịch. Thật không may, mầm bệnh liên tục phát triển để trốn tránh sự công nhận, điển hình là bằng cách che chắn hoặc ngụy trang những mẫu này. Khả năng này cho phép chúng xâm chiếm tế bào của cây trước khi nó có thể đáp ứng miễn dịch hiệu quả.

Quốc phòng mồi giống như tiêm chủng

Một trong những mục tiêu nghiên cứu chính của chúng tôi là khai thác các mô hình này để hoàn thiện hệ thống miễn dịch thực vật, Tạo tăng cường bảo vệ chống lại các vi khuẩn gây bệnh, thay cho phương pháp kiểm soát hóa chất truyền thống.

Nguyên tắc của thành phốmồi quốc phòngTít rất giống với cách chúng tôi phát triển vắc-xin để điều trị bệnh ở người. Một loại vắc-xin hoạt động bằng cách hoạt động như một kẻ mạo danh mầm bệnh. Nó lừa hệ thống miễn dịch nghĩ rằng nó đang bị tấn công, kích thích phản ứng phòng thủ, chẳng hạn như sản xuất kháng thể. Điều này tạo ra một bộ nhớ phòng thủ, cho phép hệ thống miễn dịch ghi nhớ một mầm bệnh cụ thể nếu cơ thể gặp phải nó trong tương lai. Sau đó, nó có thể phản ứng nhanh chóng và mạnh mẽ, nhờ vào bộ nhớ được mồi từ vắc-xin.

Chúng ta có thể áp dụng nguyên tắc tương tự này cho mối quan hệ mầm bệnh - thực vật. Ví dụ: một khi chúng ta đã xác định được mô hình quan tâm của mầm bệnh, chúng ta sẽ làm việc để cô lập và làm sạch nó. Bước này giống như sản xuất vắc-xin. Sau đó, chúng ta có thể tiêm cho cây với mẫu đã được tinh chế - ví dụ, bằng cách tiêm vào thân hoặc lá bằng ống tiêm. Mục đích là để kích thích phản ứng miễn dịch tự nhiên của cây, dẫn đến phản ứng phòng vệ nhanh hơn và / hoặc mạnh hơn vào lần tiếp theo khi cây gặp mầm bệnh đó.

Về cơ bản, chúng tôi đảm bảo rằng các nhà máy đã sẵn sàng chiến đấu trước khi kẻ thù tấn công. Cây sơn lót hiển thị tăng cường khả năng chịu bệnh, thường được đặc trưng bởi các triệu chứng ít hơn và giảm quần thể tác nhân gây bệnh trong nhà máy. Mặc dù các nhà máy sơn lót chưa được thực hiện trên cơ sở quy mô lớn trong nông nghiệp thương mại, các nhà khoa học đang tích cực tiến hành các nghiên cứu về việc sử dụng mồi quốc phòng trong cả nhà kính và lĩnh vực thiết lập để bảo vệ chống lại vi khuẩn, virus và nấm.

Nghiên cứu của riêng tôi tập trung chủ yếu vào việc sử dụng mồi phòng thủ để bảo vệ chống lại mầm bệnh vi khuẩn được gọi là Xylella fastidiosa có ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp rượu vang, rượu vang và nho nho trị giá hàng tỷ đô la. Nó gây ra bệnh của Pierce, gây thiệt hại cho tiểu bang California hơn US $ 100 triệu hàng năm trong chi phí mất mùa và nỗ lực để điều trị nó. Hiện tại không có cách chữa trị các bệnh gây ra bởi mầm bệnh này, nhưng mục tiêu của chúng tôi là sử dụng mồi phòng thủ để tiêu diệt nó.

cây bị stress2Cây cũng bị bệnh! Nấm gỉ sắt trên lúa mì. Yue Jin, Dịch vụ nghiên cứu nông nghiệp

Tiềm năng trong nông nghiệp thương mại

Trái ngược với hệ thống miễn dịch của con người, trong đó các phản ứng phòng vệ đặc trưng cho một loại vi trùng cụ thể, tác động của mồi ở thực vật là phổ rộng, bảo vệ cây chống lại nhiều loại bệnh và côn trùng gây hại.

Một lợi ích lớn khác của mồi phòng thủ là có rất ít hoặc không làm giảm thể lực thực vật - thực vật vẫn phát triển và sinh sản bình thường. Đây là một lợi thế quan trọng trong nông nghiệp thương mại, nơi thành công phụ thuộc vào năng suất cao.

Hơn nữa, trạng thái mồi là bền và có thể được duy trì lâu sau khi kích thích ban đầu. Nghiên cứu hiện tại cũng chỉ ra rằng thực vật có thể truyền ký ức phòng thủ này cho thế hệ con cháu của chúng, cung cấp bảo vệ đa thế hệ mà không có bất kỳ sửa đổi di truyền.

Nghiên cứu sâu hơn là cần thiết để cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về các cơ chế phân tử đằng sau hiện tượng này, nhưng mồi phòng thủ có vẻ là một công cụ có giá trị và đầy hứa hẹn trong tương lai của nông nghiệp bền vững.

Giới thiệu về Tác giảConversation

rapnavoli jeanJeannette Rapicavoli là Nghiên cứu sinh trong Plant Pathology tại Đại học California, Riverside. Nghiên cứu của tôi tập trung vào các cơ sở phân tử của sự tương tác vật chủ-nhân gây bệnh của vi khuẩn gây bệnh thực vật cư trú trong xylem, hoặc mô dẫn nước của hệ thống mạch máu của thực vật. Cụ thể, tôi làm việc với một tác nhân gây bệnh của vi khuẩn gây bệnh nặng ở cây nho và cam quýt, trong số các host thực vật quan trọng về kinh tế khác. Hiện nay, nghiên cứu của tôi đã nêu bật vai trò của polysaccharides bề mặt tế bào vi khuẩn như elicitor của nhà máy hệ thống miễn dịch bẩm sinh.

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

{amazonWS: searchindex = Books; Keywords = 0226265544; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}