Konverzacija sa biljkama: Možemo li ih upozoriti na opasnost?

Eksperti za biljke sa Kembričkog univerziteta voleli bi da pretvore ovu naučnu fantastiku u realnost koristeći poruke bazirane na svetlosti kako bi se „obratili“ biljkama, piše Science Daily.

Rani laboratorijski eksperimenti sa duvanom pokazali su da mogu aktivirati prirodni mehanizam odbrane biljke (imunsku reakciju) koristeći svetlost kao stimulus (glasnika).

Svetlost služi kao univerzalno sredstvo u svakodnevnoj ljudskoj komunikaciji, npr. kao saobraćajna signalizacija, na pešačkim prelazima ili znak da je neka prodavnica otvorena ili zatvorena.

Istraživački tim koristi svetlost kao glasnika u razvoju instrumenata koji omogućavaju biljkama da komuniciraju sa ljudima i obrnuto. Naučnici sa Kembričkog univerziteta su ranije kreirali niz biosenzora koristeći fluorescentno svetlo za vizuelno obaveštavanje u realnom vremenu o onome što se dešava na ćelijskom nivou u biljkama, otkrivajući dinamiku bitnih biljnih hormona. Ti biosenzori nam mogu reći kako biljke reaguju na faktore stresa u okruženju – biljke govore ljudima.

Njihovo najnovije istraživanje opisuje novi instrument nazvan „hajlajter“, koji koristi određene svetlosne uslove da aktivira ekspresiju nekog ciljanog gena u biljkama, npr. da aktivira njihove odbrambene mehanizme – ljudi govore biljkama.

Ideja da ljudi mogu da komuniciraju sa biljkama na smislenom nivou dugo vremena opseda ljudsku imaginaciju. Kad bi takva sposobnost bila moguća, to bi moglo značiti revoluciju u poljoprivredi i u našem odnosu sa biljkama.

Kad bismo mogli upozoriti biljke na izbijanje bolesti ili napad štetočina, biljke bi mogle aktivirati svoje prirodne mehanizme odbrane radi sprečavanja obimne štete. Takođe bismo mogli upozoriti biljke na predstojeće ekstremne klimatske događaje, kao što su toplotni talasi ili suše, omogućavajući im da prilagode svoje obrasce rasta ili čuvaju vodu. To bi moglo voditi ka efikasnijoj i održivijoj poljoprivredi i smanjiti potrebu za hemikalijama.

Sistem svetlosno kontrolisane ekspresije gena (optogenetika) prepravljen iz prokariotskog u eukariotski sistem za biljke predstavlja veliki korak napred u cilju „komunikacije“ sa biljkama.

Optogenetika može osvetliti biomolekularne procese u biljkama

Da bi razumeli ćelijsku aktivnost, biolozi treba da mogu da kontrolišu biomolekularne procese na ćelijskom nivou. Optogenetika je naučna tehnika koja koristi svetlosni stimulus da aktivira ili deaktivira neki određeni proces.

Naučnici u tom cilju kreiraju proteine osetljive na svetlost (fotoreceptore) da kontrolišu ciljani proces i zatim dostave ove optogenetske „aktuatore“ do ćelija koje žele da kontrolišu.

Optogenetika je drastično izmenila mnoge oblasti, uključujući neuronauku, gde biolozi mogu da izoluju funkcije individualnih neurona.

Međutim, optogenetiku nije lako primeniti kod biljaka, zato što biljke već sadrže mnogo fotoreceptora i zahtevaju širok spektar svetlosti za rast. Prebacivanje sa mraka na svetlost takođe aktivira izvorne biljne fotoreceptore i mnoštvo ćelijskih sistema.

Problem je povećan činjenicom da mnogi od najefikasnijih optogenetskih aktuatora koriste genetske delove biljaka, što znači da bi mogli izazvati smetnje sa izvornim fotoreceptorima ako se koriste kod biljaka.

Hajlajter je optogenetski instrument za biljke

Primenjen na biljke, hajlajtet koristi minimalno invazivne svetlosne signale za aktivaciju i deaktivaciju, i nije pod uticajem ciklusa svetlo-mrak u komorama za rast.

Trenutni sistem hajlajtera nije aktivan pod uslovima plave svetlosti, a aktivan je u uslovima mraka i bele svetlosti, zelene svetlosti i, što je čudno, crvene svetlosti. Demonstrirana je optogenetska kontrola nad biljnim imunitetom, proizvodnjom pigmenta i žutim fluorescentnim proteinom.

Sve veći broj instrumenata za biljke, sa različitim optičkim svojstvima, takođe otvara uzbudljive puteve za unapređenje useva. Na primer, u budućnosti bismo mogli koristiti jedno svetlosno stanje da izazovemo imunsku reakciju, a onda drugačije svetlosno stanje da precizno tempiramo neku određenu funkciju, poput cvetanja ili zrenja.

(Telegraf Nauka/Science Daily)