Карты метаболитов растений: новый инструмент для повышения урожайности

Исследователи из Wageningen UR разработали быстрый и точный метод создания карт метаболитов в живых растительных тканях с помощью лазерной абляции с электрораспылительной ионизацией и масс-спектрометрического имиджинга (LAESI-MS). Техника описана в журнале Plant Physiology. В настоящее время карты двумерные, но ведутся работы по созданию 3-D карт.

Суть метода и его точность

Метод позволяет анализировать состав тысяч метаболитов с точностью до полмиллиметра. Это важно, так как состав соседних клеток внутри, например, листа может сильно различаться. Ранее подобный анализ проводился на высушенных тканях, что было менее надежно из-за возможного изменения состава клеток в процессе сушки.

Как это работает:

1. Лазерный луч направляется на небольшую группу клеток.
2. Интенсивность лазера заставляет воду в клетках вскипеть за миллисекунды, вызывая микровзрыв.
3. Высвобожденные метаболиты образуют аэрозоль, ионизируются и втягиваются в масс-спектрометр.
4. Прибор точно определяет размер молекул, что позволяет идентифицировать метаболиты в конкретной точке ткани.

При подключении лазера к компьютеру можно проанализировать сотни групп клеток по заданной «сетке» за несколько минут.

Практическая проверка и применение

Метод был успешно протестирован на лепестках орхидеи Phalaenopsis (белые с пурпурными крапинками). Соединения, обнаруженные новой техникой только в пурпурных клетках, полностью совпали с результатами стандартного анализа пурпурных тканей (и наоборот для белых клеток).

Главное применение: карты помогут понять, как растения реагируют на патогены, в режиме реального времени и непосредственно в живых листьях. Ранее защитные метаболиты изучали, сравнивая кусочки больных и здоровых тканей.

Перспективы для сельского хозяйства

Эта техника позволит детально изучить локализованное взаимодействие растений с вредителями и болезнями. Полученные знания можно использовать для выведения культур с лучшей естественной устойчивостью, что в перспективе увеличит урожай и улучшит качество продуктов.