Sivilisasjon som det er kjent i dag, kunne ikke ha utviklet seg, og kan heller ikke overleve uten tilstrekkelig matforsyning. - Norman Borlaug

De fleste har aldri hørt om Norman Borlaug. Han er hittil den eneste landbruksforskeren som noensinne har vunnet Nobels fredspris. Hans arbeid i utviklingen av høyverdige og sykdomsresistente kornavlinger reddet mer enn en milliard (ja, milliarder) folk fra sult.

Selv om han uttalt disse ordene nesten 50 for mange år siden, kunne meldingen hans ikke være mer relevant i dag. Vi lever i en verden som forventes å overstige ni milliarder mennesker rundt 2050, og for tiden noen 800 million mennesker har ikke nok mat til å leve et sunt og aktivt liv.

FNs mat- og jordbruksorganisasjon prosjekter som vi trenger øke matproduksjonen med minst 70% for å imøtekomme denne økningen i befolkningsvekst. Dette er en skremmende oppgave, gjort enda vanskeligere av det faktum at nesten 20% av den globale høsten går tapt for plantesykdommer. En av de mest effektive måtene å bekjempe disse sykdommene er gjennom kjemisk kontroll - anvendelsen av plantevernmidler. Patogener kan imidlertid raskt utvikle motstand mot plantevernmidler, som da kan kreve stadig høyere bruk for å opprettholde produksjonen. Det er også miljø og helse bekymringer assosiert med anvendelse av potensielt giftige kjemikalier til felt.

Etterspørselen er presserende for sikrere og mer bærekraftige metoder for beskyttelse av plantevern. Det er der vi, plantepatologene, går inn. En plantepatolog spesialiserer seg på plantes helse på samme måte som en lege spesialiserer seg på menneskers helse, og vi jobber utrettelig for å beskytte matforsyningen.

Et nytt forskningsområde i krigen mot patogener fokuserer på å styrke plantens naturlige immunsystem. Hvis en plante kan bekjempe en infeksjon alene, kan vi redusere mengden av plantevernmidler som trengs. På samme måte som barn blir vaksinert for å beskytte mot fremtidige sykdommer, bruker plantepatologer samme metode for å "immunisere" planter mot patogener, med sikte på å styrke deres immunforsvar mot invaders. Denne metoden for primingplanters immunsystem kan være en trygg og effektiv måte å redde på en del av den globale høsten som nå er tapt for sykdommer.

En cassava spesialist inspiserer en sykt avling i det nordøstlige Thailand. CIAT, CC BY-SA

Forstå plantens immunsystem

Planter er naturlig utsatt for en rekke patogene mikrober, som bakterier, sopp og virus. I motsetning til mennesker, som har evnen til fysisk å unngå infeksjoner, er planter immobile. Derfor må hver celle i planten forsvare seg mot angrep. Planter har et multi-tiered immunsystem som hjelper dem med å kjempe mot disse mikroorganismer. Det fungerer på en måte som ligner på det humane immunforsvaret.

Planter oppdager patogener ved å gjenkjenne mikrobielle "mønstre". Disse er unike egenskaper av typen mikrobe (tror bakteriell flagella) som planten har utviklet seg til å gjenkjenne som "ikke-selv". Vi kan likestille denne egenskapen til anerkjennelse av antigener av menneskekroppen, som induserer en immunrespons. Dessverre utvikler patogener seg kontinuerlig for å unngå anerkjennelse, typisk ved å skjerme eller skjule disse mønstrene. Denne muligheten tillater dem å kolonisere en plante celler før den kan montere en effektiv immunrespons.

Forsvarspriming er som vaksinasjon

Et av våre store forskningsmål er å utnytte disse mønstrene for å prime anlegg immunforsvar, noe som skaper forbedret beskyttelse mot patogene mikrober, i stedet for tradisjonelle kjemiske kontrollmetoder.

Prinsippet om "forsvarsforankring"Ligner veldig på hvordan vi utvikler vaksiner for å behandle menneskers sykdommer. En vaksine virker ved å fungere som en patogen bedrøver. Det triks immunsystemet til å tro at det blir angrepet, noe som stimulerer forsvarsresponser, som for eksempel produksjon av antistoffer. Dette skaper et forsvarshukommelse, slik at immunsystemet kan huske et bestemt patogen hvis kroppen møter den i fremtiden. Det kan da reagere raskt og robust, takket være det primære minnet fra vaksinen.

Vi kan anvende samme prinsipp på et plantepatogenforhold. Når vi for eksempel har identifisert et patogenes mønster av interesse, arbeider vi for å isolere og rense det. Dette trinnet er som å produsere vaksinen. Vi kan så inokulere anlegget med det rensede mønsteret - for eksempel ved å injisere det i stammen eller bladene med en sprøyte. Målet er å stimulere plantens naturlige immunrespons, noe som resulterer i et raskere og / eller sterkere forsvarsrespons neste gang planten møter det patogenet.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Vi sikrer i utgangspunktet at plantene er forberedt på kamp før fiendens angrep. Primet planter vise økt toleranse for infeksjon, som ofte preges av færre symptomer og redusert patogenpopulasjon i anlegget. Selv om primerte planter ennå ikke er implementert i stor skala i kommersielt landbruk, forsker forskere aktivt på bruk av forsvarsforankring i både drivhus og felt Innstillinger for beskyttelse mot bakterier, virus og sopp.

Min egen forskning fokuserer primært på bruken av forsvarspriming for beskyttelse mot et bakterielt patogen som kalles Xylella fastidiosa som påvirker vin-, tabell- og raisin-drueindustrien med flere milliarder dollar. Det forårsaker Pierces sykdom, som koster staten California over US $ 100 millioner årlig i utgifter til avlinger og innsats for å behandle det. Det er for tiden ingen kur mot sykdommene forårsaket av dette plantepatogenet, men vårt mål er å utnytte forsvarsforankring for å overvinne det.

Planter blir syk også! Stem rust sopp på hvete. Yue Jin, Agricultural Research Service

Potensiell i Kommersiell Landbruk

I motsetning til det menneskelige immunforsvaret, der forsvarsvarene er spesifikke for en bestemt bakterie, er virkningen av priming i planter bredspektret, og beskytter anlegget mot et bredt spekter av sykdommer og skadedyr.

En annen stor fordel ved forsvarsforankring er at det er liten eller ingen reduksjon i plantetrening - planter vokser fortsatt og reproduserer normalt. Dette er en kritisk fordel i kommersielt landbruk, der suksess er betinget av høye utbytter.

Videre er den primed tilstand holdbar og kan opprettholdes lenge etter den første stimulansen. Nåværende forskning har også vist at planter kan videresende dette forsvarsminnet til deres etterkommere multigenerasjonell beskyttelse uten genetisk modifikasjon.

Ytterligere forskning er nødvendig for å forbedre forståelsen av de molekylære mekanismene bak dette fenomenet, men forsvarspriming ser sannsynligvis ut til å være et verdifullt og lovende verktøy i fremtiden for bærekraftig landbruk.

Om forfatteren

Jeannette Rapicavoli er PhD-kandidat i plantepatologi ved University of California, Riverside. Min forskning fokuserer på det molekylære grunnlaget for vertspatogen-interaksjonene av plantepatogene bakterier som ligger i xylem, eller vannledende vev av plantens vaskulære system. Spesielt jobber jeg med et bakterielt patogen som forårsaker alvorlige sykdommer i drue og sitrus, blant annet økonomisk viktige planteverter. Foreløpig har undersøkelsen min fremhevet rollen som bakterielle celleoverflate-polysakkarider som elikatorer av plantens medfødte immunsystem.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation. Les opprinnelige artikkelen.

Relatert bok:

at

Takk for besøket InnerSelf.com, der det er 20,000 + livsendrende artikler som fremmer "Nye holdninger og nye muligheter." Alle artikler er oversatt til 30+ språk. Bli medlem! til InnerSelf Magazine, utgitt ukentlig, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har blitt utgitt siden 1985.