Ученые спасают картошку

В Еврейском университете разработали систему, предупреждающую о начале серьезного заболевания картофеля. Неизлечимого, труднодиагностируемого, вызвавшего в XIX веке Великий голод в Ирландии и до сих пор непобжденного.

Речь идет о фитофторозе – опасной болезни, которая вызывается мицелиальными организмами, псевдогрибами Phytophthora, и приводит к гибели растений. В частности, это одна из главных причин потери урожая картофеля и томатов. Ущерб от болезни в мире оценивают в 6,5 миллиарда долларов в год.

Ученые сельскохозяйственного факультета Еврейского университета сумели создать биологическую систему на основе молекулярных сенсоров, которая позволяет выявить заболевание на ранних стадиях, когда изменения под влиянием патогенов еще не заметны.  Этот метод позволяет обнаруживать различные заболевания на листьях на раннем этапе с помощью простого и неопасного для растения внешнего сканирования.

Обычно заболевший картофель виден невооруженным глазом через четыре дня после инфицирования, когда колонизированные клетки уже начинают отмирать. Более раннее обнаружение, когда патоген только начал поедать живые клетки, – довольно сложная задача. В экспериментальной фазе исследования инфекция была обнаружена с помощью окислительной-восстановительной визуализации всего растения.

«Мы использовали специально созданный методами генной инженерии сорт картофеля, который экспрессирует особый флуоресцентный белок, выполняющий роль уникального биологического датчика, – объясняет НЭП соавтор работы докторант Матанэль Хипш. – Этот биосенсорный белок направляется в хлоропласты растительных клеток, где происходит фотосинтез, и световая энергия преобразуется в химическую. Белок способен обнаруживать свободные радикалы, причиняющие ущерб растению, и передавать информацию о них».

Ученые использовали чувствительные камеры, которые зафиксировали сигналы, отправляемые биодатчиком, и на их основе создали пространственные картины, несущие информацию о состоянии растения на протяжении всего заболевания.

Благодаря визуализации ученые обнаружили некий парадокс. Участки, пораженные болезнью, характеризуются более высокой фотосинтетической активностью по сравнению со здоровыми частями листьев. Авторы работы объясняют это тем, что возбудитель болезни заботится о листе и даже повышает его производительность, чтобы замаскировать развитие патологического процесса в растении.

Эти результаты побудили исследовательскую группу разработать алгоритм на основе искусственного интеллекта, который способен анализировать флуоресцентные изображения и обнаруживать отличия между здоровыми и пораженными болезнью листьями. Ученые считают, что этот метод можно использовать для изучения механизмов устойчивости к болезням, а также для сканирования и нахождения потенциальных веществ, которые повысят устойчивость растений.  По словам руководителя исследования доктора Шило Розенвассера, разработка такого превентивного биотехнологического инструмента для раннего обнаружения болезней в будущем может стать научным прорывом и позволить минимизировать ущерб сельскому хозяйству во всем мире.

Матанэль Хипш проводит сравнение с эпидемией коронавируса: «Если на стадионе находятся несколько тысяч человек и среди них двое заражены коронавирусом, достаточно изолировать этих двоих и еще нескольких человек, которые были с ними в контакте. Так же и на поле с картофелем. К сожалению, если растение заражено, мы уже не можем с ним ничего сделать. Пока не существует методов лечения фитофтороза. Но мы можем удалить это растение и те, которые его окружают, и таким образом спасти оставшийся урожай».

По его словам, на сегодняшний день нет возможности применить их исследовательский метод в широких масштабах, поскольку для этого нужно использовать генномодифицированные растения. А этого не позволяет регуляция многих стран, в том числе и Израиля.

Вера Рыжикова, НЭП. Фото: Depositphotos.com √