Раннее выявление бактериальных инфекций в растениях

В конце прошлого года опубликовано исследование описывающее метод, который позволяет на ранней стадии выявлять и количественно определять патогенные микроорганизмы в растениях.

Исследователи из Междисциплинарной исследовательской группы "Прорывные и устойчивые технологии для сельскохозяйственной точности" (DISTAP) (IRG) Сингапура - Альянса MIT по исследованиям и технологиям (SMART), исследовательского предприятия Массачусетского технологического института в Сингапуре, и их местные сотрудники из Лаборатории естественных наук Temasek (TLL) разработали метод на основе быстрой рамановской спектроскопии для обнаружения и количественной оценки ранней бактериальной инфекции в сельскохозяйственных культурах. Спектральные биомаркеры комбинационного рассеяния света и диагностический алгоритм позволяют проводить неинвазивную и раннюю диагностику бактериальных инфекций у культурных растений, что может иметь решающее значение для прогресса в борьбе с болезнями.

Прорыв исследователей SMART и TLL предлагает более быстрый и точный метод выявления бактериальной инфекции у культурных растений на более ранней стадии по сравнению с существующими методами. Новые результаты представлены в статье под названием “Быстрое обнаружение и количественная оценка реакции врожденного иммунитета растений с помощью рамановской спектроскопии”, опубликованной в журнале Frontiers in Plant Science.

Традиционно диагностика болезней растений включает простой визуальный осмотр растений на предмет симптомов и тяжести заболевания. “Методы визуального осмотра часто неэффективны, поскольку симптомы заболевания обычно проявляются только на относительно поздних стадиях инфекции, когда нагрузка патогена уже высока, а репаративные меры ограничены. Следовательно, требуются новые методы для быстрого и раннего выявления бактериальной инфекции. Идея была бы сродни проведению медицинских тестов для выявления заболеваний человека на ранней стадии, вместо того, чтобы ждать появления визуальных симптомов, чтобы можно было применить раннее вмешательство или лечение”, - говорит профессор Массачусетского технологического института Раджив Рам, который является главным исследователем DiSTAP и соавтором статьи.

В то время как существующие методы, такие как современные методы молекулярной детекции, могут обнаруживать бактериальную инфекцию в растениях, их использование часто ограничено. Методы молекулярного обнаружения в значительной степени зависят от наличия специфичных для патогена последовательностей генов или антител для выявления бактериальной инфекции в сельскохозяйственных культурах; реализация также требует много времени и непригодна для применения на местах из-за высокой стоимости и громоздкости необходимого оборудования, что делает его непрактичным для использования на сельскохозяйственных фермах.

“В DISTAP мы разработали алгоритм, основанный на количественной рамановской спектроскопии, который может помочь фермерам быстро идентифицировать бактериальную инфекцию. Разработанный диагностический алгоритм использует спектральные биомаркеры комбинационного рассеяния света и может быть легко реализован в облачных вычислительных и прогностических платформах. Это более эффективно, чем существующие методы, поскольку позволяет точно идентифицировать и своевременно выявлять бактериальную инфекцию, что имеет решающее значение для спасения культурных растений, которые в противном случае были бы уничтожены”, - объясняет Гаджендра Пратап Сингх, научный директор и главный исследователь DISTAP и соавтор. Ведущий автор.

Портативная рамановская система может использоваться на фермах и обеспечивает фермеров точным и простым ответом "да" или "нет" при использовании для проверки на наличие бактериальных инфекций в посевах. Разработка этого быстрого и неинвазивного метода может улучшить борьбу с болезнями растений и оказать преобразующее воздействие на сельскохозяйственные фермы за счет эффективного снижения потерь урожая в сельском хозяйстве и повышения производительности.

“Используя метод диагностического алгоритма, мы экспериментировали с несколькими съедобными растениями, такими как чой сум (по сути, листовая горчица)”, - говорит главный исследователь DISTAP и TLL и соавтор Раджани Сароджам. “Результаты показали, что метод, основанный на рамановской спектроскопии, может быстро обнаруживать и количественно определять реакцию врожденного иммунитета у растений, зараженных бактериальными патогенами. Мы считаем, что эта технология будет полезна сельскохозяйственным фермам для повышения их производительности за счет снижения потерь урожая из-за болезней растений”.

В настоящее время исследователи работают над разработкой высокопроизводительных портативных или ручных спектрометров комбинационного рассеяния, изготовленных на заказ, которые позволят быстро и легко проводить спектральный анализ комбинационного рассеяния на полевых культурах.

SMART и TLL разработали и открыли диагностический алгоритм и спектральные биомаркеры комбинационного рассеяния света. TLL также подтвердил и подтвердил метод обнаружения с помощью мутантных растений. Исследование проводится компанией SMART и поддерживается Национальным исследовательским фондом Сингапура в рамках программы Campus for Research Excellence И технологического предпринимательства (CREATE).