Как описано в исследовании, опубликованном в майском выпуске журнала Phytopathology за 2019 год, эти соединения помогли защитить основные сельскохозяйственные культуры от различных патогенов и, таким образом, имеют потенциал для экономии миллиардов долларов и повышения устойчивости сельского хозяйства во всем мире.
Команда профессоров Даниэля Клессига и Фрэнка Шредера под руководством старшего научного сотрудника BTI Мурли Манохара исследовала влияние метаболита аскариды под названием ascr # 18 на здоровье растений.
Ascr # 18 является членом семейства феромонов аскарозидов, которые вырабатываются многими видами круглых червей, обитающими в почве, для химической связи.
Исследователи обрабатывали растения сои (Glycine max), риса (Oryza sativa), пшеницы (Triticum aestivum) и кукурузы (Zea mays) небольшим количеством ascr # 18, а затем инфицировали растения вирусом, бактериями, грибами или ооцитами.
При исследовании через несколько дней растения, обработанные ascr # 18, оказались значительно более устойчивыми к патогенам по сравнению с необработанными растениями.
«Корни растений постоянно подвергаются воздействию круглых червей в почве, поэтому логично, что растения эволюционировали, чтобы чувствовать вредителей и активировать свою иммунную систему в ожидании нападения», – говорит Шредер.
Поскольку они укрепляют иммунную систему растений, а не убивают вредителей и патогены, аскарозиды не являются пестицидами.
В результате они, вероятно, будут намного безопаснее, чем многие современные средства борьбы с вредителями и патогенами.
«Аскарозиды – это природные соединения, которые кажутся безопасными для растений, животных, людей и окружающей среды», – говорит Клессиг. "Я считаю, что таким образом они могут обеспечить растениям более экологичную защиту от вредителей и патогенов."
В предыдущей работе Klessig и Schroeder продемонстрировали, что ascr # 18 и другие аскарозиды повышают устойчивость к вредителям и патогенам у томатов, картофеля, ячменя и арабидопсиса.
«Распространяя работу на основные сельскохозяйственные культуры и концентрируясь на их наиболее значимых патогенных микроорганизмах, это исследование устанавливает потенциал аскарозидов для увеличения сельскохозяйственного производства во всем мире», – говорит Клессиг.
Действительно, рис является важнейшим продуктом питания почти для половины населения мира. Ascr № 18 обеспечивает защиту от Xanthomonas oryzae pv. oryzae, бактерия, приводящая к потере урожая 10-50% в странах Азии.
Пшеница близка к рису по важности в качестве основного продукта питания, и ASCR № 18 защищает ее от Zymoseptoria tritici, грибка, который является одним из самых серьезных заболеваний листвы сельскохозяйственных культур.
Кукуруза является наиболее широко выращиваемой зерновой культурой в Северной и Южной Америке, имеющей большое значение для производства продуктов питания, биотоплива и кормов для животных. Ascr № 18 обеспечивает защиту от Cochliobolus heterostrophus, грибкового патогена, вызывающего ожог листьев южной кукурузы.
Соя – это основная масличная культура с высоким содержанием белка, используемая в качестве источника пищи для людей и животных.
Ascr # 18 защищает соевые бобы от Phytophthora sojae, оомицета, способного убивать инфицированные растения за несколько дней, а также от бактериального патогена Pseudomonas syringae pv glycinea и вируса соевой мозаики.
Чрезвычайно малых концентраций аскарозидов достаточно для обеспечения устойчивости растений к патогенам.
Интересно, что оптимальная концентрация зависит от вида растения, а не от патогена.
Исследователи полагают, что причина того, что разные виды растений имеют разные оптимальные дозировки, вероятно, связана с рецепторами растительных клеток для ascr # 18.
Различные виды растений могут экспрессировать разное количество рецепторов ascr # 18, и рецепторы могут иметь различное сродство к аскарозидам. Такие различия могут повлиять на количество ascr # 18, необходимое для запуска иммунной системы растения.
В настоящее время группа работает над определением молекулярных механизмов того, как аскарозиды стимулируют иммунную систему растений.
Эти открытия коммерциализируются стартапом Ascribe Bioscience, базирующимся в BTI и Корнелле, в виде семейства средств защиты растений под названием PhytalixTM.
«Эта работа – отличный пример того, как Институт использует наши технологии через новые стартапы, что является важной стратегической инициативой BTI», – говорит Пол Дебби, директор BTI по развитию нового бизнеса. "Институт гордится возможностью разрабатывать инновационные технологии в партнерстве с новой компанией, которая оказывает положительное влияние на экономику здесь, в нашем местном сообществе и в штате Нью-Йорк."