Печально известный патоген Phytophthora infestans вызвал голод в Ирландии и других частях Западной Европы в 19 веке и продолжает представлять серьезную угрозу для производства продуктов питания во всем мире.
Долгое время оставалось загадкой, как этот микроскопический организм и другие фитофторы механически пробираются через внешний защитный слой на листьях сельскохозяйственных культур. Патологи растений, клеточные биологи и физики из Университета Вагенингена нашли ответ на этот вопрос в уникальном сотрудничестве. Их открытие предлагает отправные точки для того, чтобы сделать борьбу с фитофторой более эффективной, действенной и более устойчивой в долгосрочной перспективе. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.
Растениям постоянно угрожают всевозможные патогены. Ряд этих злоумышленников с непростым названием Фитофтора (буквально: разрушитель растений), ежегодно наносят огромный ущерб всем видам сельскохозяйственных культур, таким как картофель, помидоры, баклажаны, какао, перец, соя и пальмы, а также лесам и заповедникам. Фитофтора поэтому не только представляет собой серьезную угрозу для нашей продовольственной безопасности, но также представляет собой огромную статью экономических затрат, которая наносит ущерб примерно 6-7 миллиардам евро в год только выращиванию картофеля.
Драки Фитофтора есть и остается трудным, отчасти потому, что патоген и его мишень вовлечены в непрерывную гонку вооружений. Чтобы снизить зависимость от химической защиты растений, много инвестируется в выращивание устойчивых культур посредством селекции растений, и больше внимания уделяется новым формам смешанного культивирования.
Использование механики аналитики
Теперь возникает другая возможность; предотвращение Фитофтора от получения доступа к растению вообще. Растения снабжены защитным слоем, который предназначается для взломщиков, таких как Фитофтора чтобы отогнать. Тем не менее, этот микроскопический патоген (менее одной десятой толщины человеческого волоса) умудряется прорваться через этот слой и инициировать процесс болезни у растений. Несмотря на десятилетия исследований, еще не было известно, как они механически прорываются через этот слой.
Чтобы решить эту проблему, патологи растений и клеточные биологи из WUR объединили усилия с физиками из WUR. Они специализируются на механике, разделе физики, который занимается равновесием и движением объектов под воздействием сил, действующих на них. На основе их коллективных знаний и совместной разработки новых исследовательских инструментов загадка, наконец, может быть решена.
Острый нож
«Мы обнаружили, что Фитофтора может используйте хитрые приемы, чтобы заострить его трубчатую инфекционную структуру, а затем прорежьте поверхность растения, как острым ножом. С помощью этой стратегии Фитофтора может заразить своего хозяина без перебора и с минимальным потреблением энергии. Это первый раз, когда этот механизм был обнаружен, и это действительно фундаментальное открытие », - говорит Йорис Спракель , профессор физической химии и мягкой материи.
Более эффективная и прочная защита
Профессор фитопатологии Франсин Говерс видит множество отправных точек для управления Фитофтора более эффективным, действенным и устойчивым в долгосрочной перспективе, без обычные подозреваемые в химия и селекция. «Законы механики говорят нам, что Фитофтора не может проникнуть в растение, не прикрепившись сначала к поверхности листа ». Чтобы проверить эту идею, как первое доказательство ее осуществимости, исследователи опрыскали листья растений картофеля нетоксичным и дешевым веществом, которое снижает адгезионную способность листьев. Это позволило снизить уровень заражения примерно на 65%. В оптимизированном тесте на искусственных поверхностях эффект даже приблизился к 100%.
Быстрые тесты
В дополнение к фундаментальным открытиям и новым инструментам для взгляда на борьбу с этими типами болезней растений с новой точки зрения, исследование также дало новые методологии, своего рода экспресс-тесты, с помощью которых действие пестицидов может быть изучено в быстрый, точный и дешевый способ. Это тоже может внести важный вклад в продолжающуюся борьбу с болезнями растений.
Говерс: «Благодаря участию Йориса Спракеля и его команды, в том числе аспиранта. Йохем Бронкхорст Теперь мы знаем, что существует ряд фундаментальных физических принципов, которые потенциально могут дать новый поворот в гонке вооружений между патогенами и растениями. В целом, это исследование является действительно хорошим примером того, как сотрудничество, выходящее за рамки дисциплинарных границ, может привести к новым открытиям ».
