Civilisationen, som den er kendt i dag, kunne ikke have udviklet sig, og den kan heller ikke overleve uden en tilstrækkelig fødevareforsyning. - Norman Borlaug

De fleste mennesker har aldrig hørt om Norman Borlaug. Han er indtil videre den eneste landbrugsforsker, der nogensinde har vundet Nobels fredspris. Hans arbejde i udviklingen af ​​højtydende og sygdomsresistente kornafgrøder sparede mere end en milliard (ja, milliarder) mennesker fra sult.

Skønt han sagde disse ord for næsten 50 år siden, kunne hans budskab ikke være mere relevant i dag. Vi lever i en verden, der forventes at overstige ni milliarder mennesker omkring 2050og i øjeblikket nogle 800 millioner mennesker ikke har mad nok til at leve et sundt og aktivt liv.

De Forenede Nationers fødevare- og landbrugsorganisation projekterer, som vi har brug for øge fødevareproduktionen med mindst 70% for at imødekomme denne stigning i befolkningsvækst. Dette er en skræmmende opgave, der gøres endnu vanskeligere af det faktum, at næsten 20% af den samlede høst går tabt på grund af plantesygdomme. En af de mest effektive måder at bekæmpe disse sygdomme er gennem kemisk kontrol - påføring af pesticider. Patogener kan dog hurtigt udvikle resistens over for pesticider, hvilket derefter kan kræve stadig højere brug for at opretholde produktionen. Der er også miljø- og sundhedsmæssige bekymringer forbundet med anvendelse af potentielt giftige kemikalier i felter.

Kravet er presserende for sikrere og mere bæredygtige metoder til afgrødebeskyttelse. Det er her, vi, plantepatologer, træder ind. En plantepatolog er specialiseret i plantesundhed på samme måde som en læge har specialiseret sig i menneskers sundhed, og vi arbejder utrætteligt for at beskytte vores madforsyning.

Et nyt forskningsområde i krigen mod patogener fokuserer på at forbedre plantens naturlige immunsystem. Hvis en plante kan bekæmpe en infektion alene, kan vi reducere den nødvendige mængde pesticider. På samme måde som børn vaccineres for at beskytte mod fremtidige sygdomme bruger plantepatologer den samme metode til at "immunisere" planter mod patogener med det formål at styrke deres immunforsvar mod angribere. Denne metode til priming af plantes immunforsvar kan være en sikker og effektiv måde at redde noget af den globale høst, der i øjeblikket er tabt af sygdomme.

En kassava-specialist inspicerer en syg afgrøde i det nordøstlige Thailand. CIAT, CC BY-SA

Forståelse af planteimmunsystemet

Planter udsættes naturligt for en række patogene mikrober, såsom bakterier, svampe og vira. I modsætning til mennesker, der har evnen til fysisk at undgå infektioner, er planter immobile. Derfor skal hver celle i planten forsvare sig mod angreb. Planter har et immunsystem med flere niveauer, der hjælper dem med at bekæmpe disse mikroorganismer. Det fungerer på en måde, der ligner det menneskelige immunsystem.

Planter opdager patogener ved at genkende mikrobielle "mønstre". Disse er unikke egenskaber ved den type mikrobe (tænk bakteriel flagella), som planten har udviklet sig til at genkende som ”ikke-selv”. Vi kan sidestille denne evne med genkendelsen af ​​antigener fra menneskekroppen, hvilket inducerer et immunrespons. Desværre udvikler patogener sig kontinuerligt for at undgå genkendelse, typisk ved at beskytte eller forklæde disse mønstre. Denne evne giver dem mulighed for at kolonisere en plantes celler, før den kan montere et effektivt immunrespons.

Forsvarsprimning er som vaccination

Et af vores vigtigste forskningsmål er at udnytte disse mønstre til at prime planteimmunsystem, der skaber forbedret beskyttelse mod patogene mikrober i stedet for traditionelle kemiske kontrolmetoder.

Princippet om “priming af forsvaret”Ligner meget, hvordan vi udvikler vacciner til behandling af sygdomme hos mennesker. En vaccine fungerer ved at fungere som en patogen bedrager. Det lokker immunforsvaret til at tro, at det bliver angrebet, hvilket stimulerer forsvarssvar, såsom produktion af antistoffer. Dette skaber en forsvarshukommelse, der tillader immunsystemet at huske et bestemt patogen, hvis kroppen støder på det i fremtiden. Det kan derefter reagere hurtigt og robust takket være dets primede hukommelse fra vaccinen.

Vi kan anvende det samme princip på et forhold mellem plante-patogen. For eksempel, når vi først har identificeret et patogene mønster af interesse, arbejder vi for at isolere og rense det. Dette trin er som at fremstille vaccinen. Derefter kan vi pode planten med det rensede mønster - for eksempel ved at injicere den i stammen eller blade med en sprøjte. Målet er at stimulere plantens naturlige immunrespons, hvilket resulterer i en hurtigere og / eller stærkere forsvarssvar, næste gang planten møder det patogen.

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

Vi sørger grundlæggende for, at planterne er klar til kamp før fjendens angreb. Grundede planter udviser forbedret tolerance over for infektion, som ofte er karakteriseret ved færre symptomer og reduceret patogenpopulationer i planten. Selvom primede planter endnu ikke er implementeret i stor skala i kommercielt landbrug, forskere forsker aktivt i brugen af priming af forsvaret i både drivhus og mark indstillinger til beskyttelse mod bakterier, vira og svampe.

Min egen forskning fokuserer primært på brugen af ​​forsvarspriming til beskyttelse mod et kaldet bakteriepatogen Xylella fastidiosa der påvirker vinindustrien med flere milliarder dollars, bord og rosin. Det forårsager Pierces sygdom, som koster staten Californien over 100 millioner dollars om året i udgifter til afgrødetab og bestræbelser på at behandle det. Der er i øjeblikket ingen kur mod de sygdomme, der er forårsaget af dette plantepatogen, men vores mål er at bruge forsvarsprimning til at besejre det.

Planter bliver også syge! Stam rust svamp på hvede. Yue Jin, Agricultural Research Service

Potentiale i kommercielt landbrug

I modsætning til det humane immunsystem, hvor forsvarsresponser er specifikke for en bestemt kim, er virkningen af ​​priming i planter bredspektret og beskytter planten mod en bred vifte af sygdomme og insekt skadedyr.

En anden væsentlig fordel ved forsvarsprimning er, at der er ringe eller ingen reduktion i plantefitness - planter vokser stadig og reproducerer normalt. Dette er en kritisk fordel i det kommercielle landbrug, hvor succes er betinget af høje udbytter.

Desuden er den primede tilstand holdbar og kan opretholdes længe efter den første stimulus. Nuværende forskning har også vist, at planter kan videregive denne forsvarshukommelse til deres afkom, hvilket giver multigenerational beskyttelse uden nogen genetisk modifikation.

Yderligere forskning er nødvendig for at forbedre vores forståelse af de molekylære mekanismer bag dette fænomen, men forsvarspriming ser sandsynligvis ud til at være et værdifuldt og lovende værktøj i fremtiden for bæredygtigt landbrug.

Om forfatteren

Jeannette Rapicavoli er ph.d.-kandidat i plantepatologi ved University of California, Riverside. Min forskning fokuserer på det molekylære grundlag for værts-patogen-interaktioner mellem plantepatogene bakterier, der er bosiddende i xylem eller vandledende væv i plantens vaskulære system. Specifikt arbejder jeg med et bakterielt patogen, der forårsager alvorlige sygdomme i vinranker og citrus blandt andre økonomisk vigtige planteværter. I øjeblikket har min forskning fremhævet rollen som bakteriecelleoverfladepolysaccharider som fremkaldere af det plantens medfødte immunsystem.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relateret bog:

at

Tak for besøget InnerSelf.com, hvor der er 20,000 + livsændrende artikler, der promoverer "Nye holdninger og nye muligheder." Alle artikler er oversat til 30+ sprog. Tilmeld til InnerSelf Magazine, der udgives ugentligt, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine er udkommet siden 1985.