Биовзлом против грибковых атак: экологичная защита урожая

Вредоносные грибы наносят огромный ущерб сельскому хозяйству. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) в рамках проекта DialogProTec совместно с партнерами из Германии, Франции и Швейцарии разработали экологически безопасную альтернативу ядовитым фунгицидам. Новая технология манипулирует химической коммуникацией между патогеном и растением.

Болезнь винограда эска, известная с Средних веков, сейчас наносит виноделам миллионные убытки. «Из-за изменения климата гриб теперь встречает множество растений, ослабленных климатическим стрессом», — отмечает координатор проекта доктор Александра Вольф.

Суть подхода: точный «биовзлом»

Вместо токсинов новый подход использует химические сигналы, с помощью которых организмы взаимодействуют в природе. Ученым удалось:

• Идентифицировать сигнальные вещества между растением-хозяином и патогеном.
• Манипулировать ими для защиты растения.

Этот метод отличается точностью, эффективностью и минимальным экологическим следом.

Технология поиска сигналов

Для разработки метода был создан междисциплинарный научный сеть. Исследования проводились не на целых растениях, а на клеточном уровне с использованием:

• Около 20 000 штаммов грибов из коллекции IBFW (Кайзерслаутерн).
• Около 6 000 видов растений из KIT.
• Микрофлюидного чипа, созданного совместно с Институтом технологии микроструктур KIT.

На чипе размером в несколько квадратных сантиметров клетки растения и гриба, не вступая в физический контакт, взаимодействовали химически через микрофлюидный поток. Чтобы визуализировать реакцию, генетический материал растительных клеток (взятой у дикого винограда с активным иммунным ответом) снабдили генным переключателем и флуоресцентным геном. Активация иммунной системы фиксировалась по зеленому свечению.

Результат: «вакцинация» растений

Исследователи расшифровали химическую коммуникацию при грибковой атаке. Они выявили, в частности, сигнальные вещества, которые гриб использует для подавления иммунного ответа растения. Затем команда нашла молекулы, способные реактивировать иммунный ответ.

«Когда мы используем их для защиты растений, они часто могут отразить гриб. Можно думать об этом как о вакцинации растений», — объясняет руководитель проекта профессор Петер Ник.

Инновационная технология DialogProTec уже готова к практическому применению и вскоре будет испытана в полевых условиях. Помимо альтернативы фунгицидам, проект также разработал новые подходы для стимулирования роста растений и борьбы с сорняками, где сигнальные вещества в будущем также могут заменить ядовитые гербициды.