Ο πολιτισμός όπως είναι γνωστό σήμερα δεν θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί, ούτε να επιβιώσει, χωρίς επαρκή τροφοδοσία. - Norman Borlaug

Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν ακούσει ποτέ Norman Borlaug. Είναι, μέχρι στιγμής, ο μόνος γεωργικός επιστήμονας που κέρδισε ποτέ το Βραβείο Νόμπελ Ειρήνης. Το έργο του στην ανάπτυξη καλλιεργειών δημητριακών υψηλής απόδοσης και ανθεκτικών σε ασθένειες έσωσε περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο (ναι, δισεκατομμύριο) άτομα από πείνα.

Αν και εκφώνησε αυτές τις λέξεις πριν από σχεδόν 50 χρόνια, το μήνυμά του δεν μπορούσε να είναι πιο σχετικό σήμερα. Ζούμε σε έναν κόσμο που αναμένεται να ξεπεράσει εννέα δισεκατομμύρια άνθρωποι μέχρι το 2050, και αυτήν τη στιγμή, μερικά 800 εκατομμύρια άνθρωποι δεν έχετε αρκετή τροφή για να ζήσετε μια υγιή και ενεργή ζωή.

Ο Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών προβλέπει ότι πρέπει αύξηση της παραγωγής τροφίμων κατά τουλάχιστον 70% για την αντιμετώπιση αυτής της αύξησης της αύξησης του πληθυσμού. Αυτό είναι ένα τρομακτικό καθήκον, που γίνεται ακόμη πιο δύσκολο από το γεγονός ότι σχεδόν Το 20% της παγκόσμιας συγκομιδής χάνεται από φυτικές ασθένειες. Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για την καταπολέμηση αυτών των ασθενειών είναι μέσω του χημικού ελέγχου - της εφαρμογής φυτοφαρμάκων. Ωστόσο, τα παθογόνα μπορούν να αναπτύξουν γρήγορα αντοχή στα φυτοφάρμακα, τα οποία στη συνέχεια απαιτούν ολοένα και μεγαλύτερη χρήση για τη διατήρηση της παραγωγής. Υπάρχουν επίσης περιβαλλοντικές και υγειονομικές ανησυχίες σχετίζεται με την εφαρμογή δυνητικά τοξικών χημικών ουσιών στα χωράφια.

Η ζήτηση είναι επείγουσα για ασφαλέστερες και πιο βιώσιμες μεθόδους προστασίας των καλλιεργειών. Εκεί εμείς, οι παθολόγοι των φυτών, μπαίνουμε. Ένας παθολόγος των φυτών ειδικεύεται στην υγεία των φυτών με τον ίδιο τρόπο που ένας γιατρός ειδικεύεται στην ανθρώπινη υγεία και εργαζόμαστε ακούραστα για να προστατεύσουμε τον εφοδιασμό μας σε τρόφιμα.

Ένας νέος τομέας έρευνας στον πόλεμο κατά των παθογόνων εστιάζεται στην ενίσχυση του φυσικού ανοσοποιητικού συστήματος του φυτού. Εάν ένα φυτό μπορεί να καταπολεμήσει μόνη του μια μόλυνση, μπορούμε να μειώσουμε την ποσότητα των φυτοφαρμάκων που απαιτούνται. Παρόμοια με τον τρόπο εμβολιασμού των παιδιών για προστασία από μελλοντικές ασθένειες, οι παθολόγοι των φυτών χρησιμοποιούν την ίδια μεθοδολογία για την «ανοσοποίηση» των φυτών έναντι παθογόνων, με στόχο την ενίσχυση της ανοσολογικής άμυνας τους έναντι των εισβολέων. Αυτή η μέθοδος εκκίνησης του ανοσοποιητικού συστήματος των φυτών θα μπορούσε να είναι ένας ασφαλής και αποτελεσματικός τρόπος για να σώσει μέρος της παγκόσμιας συγκομιδής που σήμερα χάνεται από ασθένειες.

Ένας ειδικός μανιόκας επιθεωρεί μια άρρωστη καλλιέργεια στη βορειοανατολική Ταϊλάνδη. CIAT, CC BY-SA

Κατανόηση του φυτικού ανοσοποιητικού συστήματος

Τα φυτά εκτίθενται φυσικά σε μια ποικιλία παθογόνων μικροβίων, όπως βακτήρια, μύκητες και ιούς. Σε αντίθεση με τα ανθρώπινα όντα, τα οποία έχουν την ικανότητα να αποφεύγουν τις λοιμώξεις, τα φυτά είναι ακίνητα. Επομένως, κάθε κύτταρο στο φυτό πρέπει να αμυνθεί από την επίθεση. Τα φυτά έχουν ένα πολυεπίπεδο ανοσοποιητικό σύστημα που τους βοηθά να καταπολεμήσουν αυτούς τους μικροοργανισμούς. Λειτουργεί με τρόπο πολύ παρόμοιο με το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα.

Τα φυτά ανιχνεύουν παθογόνα αναγνωρίζοντας μικροβιακά «πρότυπα». Αυτά είναι μοναδικά χαρακτηριστικά του τύπου μικροβίου (σκεφτείτε βακτηριακό μαστίγιο) που το φυτό έχει εξελιχθεί για να αναγνωρίσει ως «μη-εαυτό». Μπορούμε να εξισώσουμε αυτήν την ικανότητα με την αναγνώριση αντιγόνων από το ανθρώπινο σώμα, η οποία προκαλεί ανοσοαπόκριση. Δυστυχώς, τα παθογόνα εξελίσσονται συνεχώς για να αποφύγουν την αναγνώριση, συνήθως προστατεύοντας ή συγκαλύπτοντας αυτά τα μοτίβα. Αυτή η ικανότητα τους επιτρέπει να αποικίσουν τα κύτταρα ενός φυτού πριν μπορέσει να προκαλέσει μια αποτελεσματική ανοσοαπόκριση.

Το αμυντικό αστάρωμα μοιάζει με τον εμβολιασμό

Ένας από τους κύριους ερευνητικούς μας στόχους είναι να αξιοποιήσουμε αυτά τα μοτίβα για να προωθήσουμε το πρωτάθλημα φυτικό ανοσοποιητικό σύστημα, δημιουργώντας ενισχυμένη προστασία έναντι παθογόνων μικροβίων, αντί των παραδοσιακών μεθόδων χημικού ελέγχου.

Η αρχή του «αστάρωμα άμυναςΕίναι πολύ παρόμοιο με το πώς αναπτύσσουμε εμβόλια για τη θεραπεία ανθρώπινων ασθενειών. Ένα εμβόλιο δρα ενεργώντας ως απατεώνας παθογόνων. Παραπλανά το ανοσοποιητικό σύστημα στο να πιστεύει ότι δέχεται επίθεση, το οποίο διεγείρει αμυντικές αντιδράσεις, όπως η παραγωγή αντισωμάτων. Αυτό δημιουργεί μια αμυντική μνήμη, επιτρέποντας στο ανοσοποιητικό σύστημα να θυμάται ένα συγκεκριμένο παθογόνο εάν το σώμα το συναντά στο μέλλον. Στη συνέχεια, μπορεί να ανταποκριθεί γρήγορα και δυνατά, χάρη στην αρχική του μνήμη από το εμβόλιο.

Μπορούμε να εφαρμόσουμε την ίδια αρχή σε σχέση με τα φυτά-παθογόνα. Για παράδειγμα, μόλις εντοπίσουμε το πρότυπο ενδιαφέροντος ενός παθογόνου, εργαζόμαστε για να το απομονώσουμε και να τον καθαρίσουμε. Αυτό το βήμα είναι σαν την παρασκευή του εμβολίου. Στη συνέχεια, μπορούμε να εμβολιάσουμε το φυτό με το καθαρισμένο μοτίβο - για παράδειγμα, με έγχυση στο στέλεχος ή φύλλα με σύριγγα. Ο στόχος είναι να τονωθεί η φυσική ανοσοαπόκριση του φυτού, με αποτέλεσμα μια ταχύτερη και / ή ισχυρότερη αμυντική απόκριση την επόμενη φορά που το φυτό συναντά αυτό το παθογόνο.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Βασικά διασφαλίζουμε ότι τα φυτά είναι έτοιμα για μάχη πριν από τις επιθέσεις του εχθρού. Ασταρωμένα φυτά εμφανίζουν αυξημένη ανοχή στη μόλυνση, η οποία συχνά χαρακτηρίζεται από λιγότερα συμπτώματα και μειωμένους πληθυσμούς παθογόνων στο φυτό. Παρόλο που τα ασταρωμένα φυτά δεν έχουν ακόμη εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα στην εμπορική γεωργία, οι επιστήμονες διεξάγουν ενεργά έρευνα σχετικά με τη χρήση του υπεράσπιση άμυνας τόσο σε θερμοκήπιο όσο και σε χωράφι ρυθμίσεις για προστασία από βακτήρια, ιούς και μύκητες.

Η δική μου έρευνα επικεντρώνεται κυρίως στη χρήση της άμυνας για προστασία έναντι ενός βακτηριακού παθογόνου που ονομάζεται Xylella fastidiosa που επηρεάζει τις βιομηχανίες σταφυλιών, επιτραπέζιων και σταφίδων πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων. Προκαλεί τη νόσο του Πιρς, η οποία κοστίζει την πολιτεία της Καλιφόρνια πάνω από 100 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ ετησίως στα έξοδα απώλειας καλλιεργειών και στις προσπάθειες αντιμετώπισής του. Προς το παρόν δεν υπάρχει θεραπεία για τις ασθένειες που προκαλούνται από αυτό το φυτό παθογόνο, αλλά ο στόχος μας είναι να αξιοποιήσουμε την άμυνα για να την νικήσουμε.

Τα φυτά αρρωσταίνουν επίσης! Μύκητας μίσχου σκουριάς στο σιτάρι. Yue Jin, Υπηρεσία Γεωργικής Έρευνας

Δυναμικό στην Εμπορική Γεωργία

Σε αντίθεση με το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα, στο οποίο οι αμυντικές αποκρίσεις είναι συγκεκριμένες για ένα συγκεκριμένο μικρόβιο, τα αποτελέσματα της εκκίνησης στα φυτά είναι ευρέος φάσματος, προστατεύοντας το φυτό από ένα ευρύ φάσμα ασθενειών και παρασίτων εντόμων.

Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της άμυνας είναι ότι υπάρχει μικρή ή καθόλου μείωση της φυσικής κατάστασης των φυτών - τα φυτά εξακολουθούν να αναπτύσσονται και να αναπαράγονται κανονικά. Αυτό είναι ένα κρίσιμο πλεονέκτημα στην εμπορική γεωργία, όπου η επιτυχία εξαρτάται από τις υψηλές αποδόσεις.

Επιπλέον, η ασταρωμένη κατάσταση είναι ανθεκτική και μπορεί να διατηρηθεί πολύ μετά την αρχική διέγερση. Η τρέχουσα έρευνα έχει επίσης δείξει ότι τα φυτά μπορούν να μεταδώσουν αυτήν την αμυντική μνήμη στους απογόνους τους, παρέχοντας πολυεθνική προστασία χωρίς γενετική τροποποίηση.

Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να βελτιωθεί η κατανόησή μας σχετικά με τους μοριακούς μηχανισμούς πίσω από αυτό το φαινόμενο, αλλά η αμυντική εκκίνηση φαίνεται πιθανό να είναι ένα πολύτιμο και πολλά υποσχόμενο εργαλείο στο μέλλον της αειφόρου γεωργίας.

Σχετικά με το Συγγραφέας

Η Jeannette Rapicavoli είναι υποψήφια διδάκτορα στην παθολογία των φυτών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Riverside. Η έρευνά μου εστιάζει στη μοριακή βάση των αλληλεπιδράσεων ξενιστή-παθογόνου των παθογόνων βακτηρίων των φυτών που κατοικούν στο ξυλόμορφο, ή στον ιστό που οδηγεί στο νερό του φυτικού αγγειακού συστήματος. Συγκεκριμένα, συνεργάζομαι με ένα βακτηριακό παθογόνο που προκαλεί σοβαρές ασθένειες στα αμπέλια και τα εσπεριδοειδή, μεταξύ άλλων οικονομικά σημαντικών ξενιστών φυτών. Επί του παρόντος, η έρευνά μου έχει επισημάνει τον ρόλο των πολυσακχαριτών της επιφάνειας των βακτηριακών κυττάρων ως εκκινητών του έμφυτου ανοσοποιητικού συστήματος.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Σχετικό βιβλίο:

at

Ευχαριστώ για την επίσκεψη Innerself.com, πού υπάρχουν 20,000 + άρθρα που αλλάζουν τη ζωή που προωθούν «Νέες στάσεις και νέες δυνατότητες». Όλα τα άρθρα μεταφράζονται σε 30+ γλώσσες. Εγγραφείτε στο InnerSelf Magazine, που δημοσιεύεται εβδομαδιαία, και στο Marie T Russell's Daily Inspiration. Περιοδικό InnerSelf εκδίδεται από το 1985.