Учёные ИББМ разработали новый способ детекции вирусов растений
Исследователи ИББМ поставили себе задачу – создание системы, которая могла бы эффективно обнаруживать и различать по типу стрессоры растений, а далее рекомендовать меры по их профилактике и лечению в полевых и тепличных условиях.
Болезни растений подразделяются на инфекционные и неинфекционные в зависимости от природы агента, вызывающего болезнь. Симптомы болезни могут зависеть от причины, вызвавшей заболевание, от характера и локализации воздействия, которое оказывается на растение.
Инфекционные заболевания могут распространяться от одного восприимчивого хозяина к другому, поскольку инфекционный агент способен размножаться внутри растения или на его поверхности. Болезни растений, вызываемые патогенными микроорганизмами ведут к крупным экономическим потерям в сельском хозяйстве во всем мире. Раннее обнаружение патогена имеет важное значение для уменьшения распространения болезней и облегчения.
Традиционная визуальная оценка — это трудоемкий, дорогостоящий и подверженный ошибкам метод. Оценка заболеваемости и защита растений нуждаются в новых и инновационных методах для решения проблем в сельскохозяйственном производстве и требуют большей точности.
Растущие темпы глобализации и мутации штаммов, устойчивых к принятым мерам борьбы, побуждают к созданию более эффективных методов детекции вирусов растений, на которых решили остановить свое внимание ученые ИББМ.
Вирусы являются опасными патогенами для сельскохозяйственных растений, вопросы их опознавания играют важную роль в вопросах современных прикладных исследований в этой области.
В данном исследовании были использованы оптические методы мониторинга. Оптические датчики являются неинвазивными системами и могут ускорить оценку болезней растений.
К оптическим методам дистанционного мониторинга состояния растений относятся: тепловидение, регистрация отражённого света, регистрация флуоресценции.
В своем исследовании ученые ИББМ использовали именно PAM-флуориметрию в детекции вирусов растения. Исследования проводились на растении табака (Nicotiana benthamiana), вирусе PVX(Potato virus X), сцепленном с GFP белками(белки способные к флуоресценции в зелёном диапазоне при освещении его светом от синего до ультрафиолетового диапазона)
В ходе исследования растения инфицировали с помощью агоробактериальной инфильтрации. Оценку распространения вируса PVX по растению проводили путем ежедневного осмотра, фотографии и регистрации флуоресценции с помощью GPF-белка, встроенного в вирус, для этого растение помещали в закрытую камеру установки поверхностного флуоресцентного имиджинга.
Распространение меченного GFP белком вируса PVX по растению табака Nicotiana benthamiana
Далее сопоставлялись и сравнивались показатели YII(показатель того, сколько энергии растение направляет на синтез АТФ) и NPQ(стрессовый показатель количества энергии, уходящей в тепло) для контрольных растений и опытных, а также для инфицированных и здоровых областей тканей опытных растений.
Лист табака Nicotiana benthamiana в различные дни после инфицирования (ДПИ)
В ходе исследования ученые выяснили, что вирусная инфекция вызывает изменение показателей флуоресценции хлорофилла. И что важнее, эти показатели регистрируются еще до появления видимых симптомов поражения растения.
Данный факт уже сейчас дает возможность более эффективно наблюдать за динамикой распространения вирусных инфекций в лабораторных и даже аграрных условиях.
Наши исследователи уже сейчас трудятся над созданием других светящихся патогенов растений для дальнейшего обучения нейросети, которая сможет различать параметры фотосинтеза в зависимости от стрессоров, в том числе абиогенного происхождения.
За помощь в написании статьи и предоставленную информацию выражаем благодарность магистру второго года обучения Гришиной Алёне Игоревне и д.б.н, заведующему кафедры биофизики, Воденееву Владимиру Анатольевичу.