Nowa technologia przygotowuje układ odpornościowy upraw na atak
Każdego roku tracimy dużą ilość globalnych upraw z powodu chorób roślin. Mimo że pestycydy pomagają ograniczać takie straty, ich stosowanie wiąże się z obawami co do ich wpływu na zdrowie i środowisko, a także oporności chorób na ich działanie. Jedną z alternatyw jest zastosowanie w stosunku do roślin chemicznych środków kondycjonujących, które zwiększają ich odporność na szkodniki i choroby. Taka długotrwała ochrona opiera się na typie pamięci immunologicznej, która umożliwia roślinom uzyskiwać szybszą i mocniejszą odpowiedź immunologiczną w przypadku przyszłych ataków. Wyzwaniem tym zajęli się twórcy finansowanego ze środków UE projektu ChemPrime, którzy ułatwili zastosowanie chemicznych środków do kondycjonowania roślin jako strategii ochrony roślin. „Celem tej inicjatywy było pozyskanie określonej wiedzy fachowej ułatwiającej przełożenie naszych podstawowych badań naukowych w zakresie chemicznie wywoływanej pamięci immunologicznej roślin na strategie ochrony roślin”, stwierdza koordynator projektu, Jurriaan Ton.
Ważne wnioski
Twórcy projektu nawiązali współpracę z firmami z sektora technologii rolnych, by wspólnie znaleźć możliwe przeszkody na drodze do wprowadzenia kondycjonujących środków chemicznych jako technologii ochrony upraw, a także określić plany wprowadzenia tego rozwiązania na rynek. Dodatkowo badacze zwiększyli wydajność syntezy kondycjonujących środków chemicznych, by ograniczyć koszty produkcji i sprawić, by środki te stały się atrakcyjniejsze i bardziej przystępne dla sektora rolnego. W trakcie wcześniejszych badań odkryto mechanizmy sprawiające, że wybrane substancje chemiczne zawierające β-aminokwas mogą wywołać odporność o szerokim spektrum przy minimalnych skutkach ubocznych dla rozwoju roślin. „Podczas realizacji wcześniejszego projektu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych noszącego nazwę PRIME-A-PLANT odkryto kluczowe informacje na temat tego, w jaki sposób rośliny postrzegają kondycjonujące i wywołujące reakcję środki chemiczne, a także jak na nie reagują. Zespół projektu ChemPrime przekuł te odkrycia w strategię ochrony roślin poprzez współpracę z interesariuszami z sektora komercyjnego”, wyjaśnia Ton.
Nowa technologia
Wstępne prace nad projektem obejmowały badania przekładające się na praktyczne zastosowania, dzięki którym opracowana koncepcja miała stać się atrakcyjniejsza dla interesariuszy z sektora komercyjnego. „Określiliśmy cele genetyczne pozwalające zwiększyć skuteczność reakcji kondycjonowania na wybrane β-aminokwasy. Zbadaliśmy też skuteczność tych kondycjonujących środków chemicznych w przypadku szeregu chorób roślin uprawnych o dużym znaczeniu ekonomicznym, występowanie chemicznych pozostałości w uprawach, jak również znaczenie wzoru chemicznego dla zastosowań w różnych systemach produkcji”, zauważa Ton. W trakcie drugiego etapu realizacji projektu określono plany wprowadzenia tego rozwiązania na rynek oraz zastosowania kondycjonujących środków chemicznych jako nowej technologii ochrony upraw. W ramach badania odkryto, że konieczna jest genetyczna (oraz, potencjalnie, epigenetyczna) selekcja odmian upraw, które wykażą optymalną reakcję na kondycjonujące środki chemiczne. Pozwoli to dostosować nową technologię do konkretnych upraw. Dodatkowo badacze ustalili, że hydroponiczne systemy produkcji, takie jak szklarnie i pionowe gospodarstwa miejskie, stanowią najefektywniejszą i najbardziej bezproblemową drogę do zastosowania kondycjonowania. Z kolei wykorzystanie kondycjonujących środków chemicznych w systemach produkcji opartych na glebie wymaga optymalizacji technologii powolnego uwalniania substancji powlekających nasiona, tak by były one dostosowane do określonego gatunku upraw. Co ważne, w badaniu wykazano również, że w celu zwiększenia potencjalnego popytu w branży ochrony roślin konieczne jest atrakcyjne cenowo połączenie infrastruktury kondycjonowanych środków chemicznych.
Zaangażowanie komercyjne
W ramach projektu ChemPrime uzyskano wyniki o wartości nie tylko naukowej, ale i praktycznej. „Odkryliśmy nowe geny regulacyjne uczestniczące w postrzeganiu, sygnalizacji i równoważeniu cech chemicznego kondycjonowania odporności u roślin”, wyjaśnia Ton. „Firmy zajmujące się uprawą roślin mogą je wykorzystać, by wybrać odmiany upraw, które dobrze zareagują na takie substancje chemiczne wywołujące odporność. Nasze wyniki pozwoliły nam też zyskać nowe informacje na temat mechanizmów odpowiadających za to, że kondycjonowane rośliny utrzymują epigenetyczną pamięć immunologiczną”. Zaangażowanie sektora rolno-technologicznego umożliwiło lepsze zrozumienie potencjału wykorzystania kondycjonujących środków chemicznych, jak również zapotrzebowania zainteresowanych stron oraz oczekiwań w stosunku do nowych strategii ochrony roślin. „Doprowadziło to do nawiązania nowej współpracy w dziedzinie badań z firmą zajmującą się produkcją ziaren. Celem tej współpracy jest wykorzystanie epigenetycznego wariantu sałaty w celu optymalizacji kondycjonowania immunologicznego w walce z mączniakiem rzekomym. Dodatkowo twórcy projektu ChemPrime badają możliwości pozyskania dofinansowania, które pozwoli im założyć firmę typu spin-off zajmującą się produkcją biochemiczną bioaktywnych β-aminokwasów”, podsumowuje Ton.
Słowa kluczowe
ChemPrime, kondycjonowanie, ochrona upraw, rośliny, pestycydy, pamięć immunologiczna, β-aminokwasy wywołujące odporność, kwas R-β-aminomasłowy, R-β-homoseryna
