Ученые "разговаривают" с растениями с помощью световых сообщений
Лаборатория Sainsbury Laboratory Кембриджского университета (SLCU) открыла новую эру в науке о растениях, создав технологию, которая воплощает в реальность некогда выдуманную идею общения человека с растениями. Недавно разработанная технология позволяет человеку "разговаривать" с растениями и получать от них ответные сообщения с помощью световых сигналов.
Эксперименты, проведенные исследовательской группой Александра Джонса в университете, предполагали использование света в качестве мессенджера для общения с растениями. Свет активизировал естественные защитные механизмы растений табака (Nicotiana benthamiana), показав, что свет может быть стимулом, запускающим иммунные реакции растений.
Это означает, что свет, являющийся универсальным средством коммуникации для человека, теперь может служить мостом для межвидового взаимодействия между людьми и растениями.
До этого открытия сотрудники Кембриджского университета разработали флуоресцентные световые биосенсоры, которые могли визуально передавать информацию о клеточной активности растений в режиме реального времени, выявляя динамику важнейших гормонов растений и их реакцию на стрессовые воздействия окружающей среды, что фактически позволяло растениям "разговаривать" с человеком.
Последняя разработка - Highlighter - представляет собой инструмент, описанный в журнале PLOS Biology, который использует определенные условия освещения для активации экспрессии целевого гена в растениях, что позволяет человеку запускать защитные механизмы в растениях.
Доктор Джонс поясняет: "Если бы мы могли предупреждать растения о приближающейся вспышке болезни или нападении вредителей, то растения могли бы активизировать свои естественные защитные механизмы, чтобы предотвратить масштабный ущерб".
Эта инновация может произвести революцию в сельскохозяйственной практике и во взаимоотношениях человечества с растениями. Она может позволить предупреждать растения о приближающихся экстремальных погодных явлениях или атаках вредителей, что даст им возможность скорректировать модель роста, сэкономить воду или активировать защитные механизмы.
Такое усовершенствованное взаимодействие с растениями может привести к более устойчивым и эффективным методам ведения сельского хозяйства, снижая зависимость от химикатов.
Бо Ларсен, инженер, создавший компанию Highlighter, внедрил систему экспрессии генов, управляемую светом, или оптогенетическую систему, из прокариотической системы в эукариотическую систему, предназначенную для растений.
Оптогенетика использует световые стимулы для управления определенными процессами, позволяя ученым контролировать биомолекулярные процессы на клеточном уровне. Она произвела революцию в ряде областей, в том числе в нейронауке, позволив изолировать функции отдельных нейронов.
Однако применение оптогенетики к растениям было сопряжено с определенными трудностями, обусловленными наличием у растений большого количества фоторецепторов и их потребностью в широком спектре света для роста.
При создании Highlighter сотрудничество с такими экспертами, как Дж. Кларк Лагариас из Калифорнийского университета в Дэвисе и другие специалисты из Национальной физической лаборатории, сыграло решающую роль в преодолении трудностей и совершенствовании технологии. Разработанная система является минимально инвазивной и использует световые сигналы для активации и инактивации, не подвергаясь влиянию обычной цикличности "свет-темнота" в ростовых камерах.
Эта технология уже продемонстрировала контроль над иммунитетом растений, производством пигментов и желтого флуоресцентного белка. Доктор Джонс подчеркнул, что "Highlighter - это важный шаг вперед в развитии оптогенетических инструментов в растениях", и он открывает новые возможности для улучшения урожая и исследований в области биологии растений.
Последствия этой разработки весьма обширны. Растущий набор инструментов для растений с различными оптическими свойствами не только отвечает на фундаментальные вопросы биологии растений, но и открывает потенциальные возможности для улучшения сельскохозяйственных культур.
Доктор Джонс представляет себе будущее, в котором различные условия освещения могут вызывать у растений различные реакции, например, иммунный ответ или точное определение времени появления определенных признаков, таких как цветение или созревание.
Инновации, созданные в лаборатории Sainsbury Laboratory Кембриджского университета, продвигают нас в будущее, где человек и растения сосуществуют в симбиотических отношениях взаимного общения и понимания, оптимизируя сельскохозяйственные методы и раскрывая неизведанные грани биологии растений.
Этот прорыв в области коммуникации между человеком и растениями означает монументальный скачок в нашем стремлении к гармоничному сосуществованию с растительным миром и указывает на будущее, в котором устойчивое и эффективное сельское хозяйство станет глобальной реальностью.
