Чат для беседы с растениями о здоровье и погоде проектируют ученые
Команда экспертов по растениям из лаборатории Сейнсбери Кембриджского университета (SLCU) собирается превратить научную фантастику в реальность, используя световые сообщения для «разговора» с растениями. Хотя их новый инструмент оптогенетики находится на начальной стадии разработки, команда Александра Джонса уже продемонстрировала, что возможно контролировать иммунитет растений и выработку пигментов, просто изменяя свет.
Свет служит универсальным средством повседневного человеческого общения, например, сигнализация светофора извещает о порядке движения, а световое табло магазина о том, открыта или закрыта торговая точки. Аналогично этому, ученые используют свет в качестве чата для общения людей и растений.
Команда Кембриджского университета ранее разработала серию биосенсоров (ABACUS2 и GPS1), использующих флуоресцентный свет для визуальной передачи в режиме реального времени того, что происходит на клеточном уровне в растениях, выявляя динамику важнейших растительных гормонов. Эти биосенсоры могут рассказать нам, как растения реагируют на стрессы окружающей среды, проще говоря, растения говорят с людьми.
Последняя работа инноваторов - инструмент под названием Highlighter, который использует определенные условия освещения для активации экспрессии целевого гена в растениях, например, для запуска их защитных механизмов.
«Если бы мы могли предупредить растения о надвигающейся вспышке болезни или нападении вредителей, культуры активировали свои естественные защитные механизмы, чтобы предотвратить широкомасштабный ущерб. Также мы можем сообщить растениям о о приближающихся экстремальных погодных явлениях, таких как периоды жары или засухи, позволяя им корректировать свои модели роста или экономить воду. Такое общение привело бы к эффективным и устойчивым методам ведения сельского хозяйства и снизило потребность в химикатах», - говорит доктор Джонс.
Чтобы понять клеточную активность, биологам необходимо уметь контролировать биомолекулярные процессы на клеточном уровне. Оптогенетика — это научный метод, который использует световой стимул для активации или деактивации определенного процесса внутри клетки.
Для этого ученые вводят светочувствительные белки (фоторецепторы) в клетки, которыми они хотят управлять, а затем освещают клетки светом, чтобы сделать целевой процесс активным или неактивным.
За последнее десятилетие оптогенетика произвела революцию в нейробиологии, позволив биологам изолировать функции отдельных нейронов. Это привело к революционным открытиям в области мозга и расширило наше понимание таких заболеваний, как эпилепсия, травмы позвоночника и болезнь Паркинсона.
Однако оптогенетику сложно применить к растениям. Это связано с тем, что растения уже содержат множество фоторецепторов и используют широкий спектр света для координации своего роста и развития. Переключение с темноты на свет также активирует природные фоторецепторы растений и множество клеточных систем.
Проблему усугубляет тот факт, что многие из наиболее эффективных оптогенетических актуаторов используют генетические части растений. Это означает, что они будут вступать в перекрестные помехи и мешать работе других фоторецепторов, если их использовать в растениях.
Тем не менее, прогресс идет вперед. Бо Ларсен, который разработал Highlighter во время работы в SLCU, создал управляемую светом систему экспрессии генов (систему оптогенетики) из прокариотической системы в эукариотическую систему, адаптированную для растений.
При применении на растениях Highlighter использует минимально инвазивные световые сигналы, его можно активировать и инактивировать, и на него не влияет цикличность света и темноты в камерах выращивания. При том, что работы впереди много, команда уже продемонстрировала оптогенетический контроль над иммунитетом растений, производством пигментов и желтым флуоресцентным белком, причем последний на клеточном уровне.
«Набор инструментов для выращивания растений с разнообразными оптическими свойствами открывает захватывающие возможности для улучшения урожая. Так, в будущем мы могли бы использовать одно условие освещения, чтобы вызвать иммунный ответ, а затем другое условие освещения, чтобы точно определить время появления определенного признака, например, цветение или созревание», - подчеркнул доктор Джонс.
(Источник: University of Cambridge. Автор изображения: Дмитрий Лукьянов, AgroXXI.ru).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.