Enemmän vähemmällä kasvien kemiallisen puolustuksen tutkimuksessa

kasvit eivät voi karata välttääkseen syödyksi tulemisen, joten sen sijaan ne käyttävät erilaisia kemiallisia puolustuskeinoja pitääkseen kasvinsyöjät loitolla. Kasvien kemiallisen puolustuskyvyn ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta viljelykasvit pysyvät terveinä ja jotta voidaan vastata erilaisiin ekologiaa ja evoluutiota koskeviin akateemisempiin kysymyksiin. Nykyiset menetelmät kasvien kemiallisen puolustuskyvyn arvioimiseksi ovat kuitenkin aikaa vieviä ja vaativat käytännössä suuria määriä kasvikudosta. Tutkimuksessa, joka esiteltiin äskettäin numerossa Applications in Plant Sciences, tohtori Chandra Jack ja kollegat kehittivät uuden menetelmän kasvien kemiallisen puolustuksen arvioimiseksi, joka on vähemmän työläs ja käytännöllisempi erilaisissa kokeellisissa sovelluksissa.

perinteiset puolustusyhdisteiden mittausmenetelmät käyttävät valoa lehtien eri kemikaalien mittaamiseen spektrofotometriksi kutsutulla laitteella. Nämä menetelmät vaativat suuria kudosnäytteitä, mikä tarkoittaa, että useita lehtiä on yhdistettävä yhteen, mikä romahduttaa mielekästä vaihtelua. Tässä selostetussa tekniikassa, jossa käytettiin mikrotiitterilevyn lukijaa, havaittiin aktiivisuutta alle 10 mg: n näytteissä eli 2%: ssa perinteisestä kudosnäytteen painosta.

”yksi suurimmista rajoitteista on kudoksen määrä, jota tarvitaan perinteisissä spektrofotometripohjaisissa määrityksissä”, sanoi tutkimuksen pääkirjoittaja tohtori Jack. ”Nyt, koska tutkijoiden ei tarvitse yhdistää yhden kasvin lehtiä, he voivat paremmin tutkia paikallisia versus systeemisiä vasteita tai seurata yksittäisten kasvien vasteita ajan mittaan… Sen avulla voimme mitata väestötason vaihtelua ja jäsentää ympäristön vaikutusta geeneihin.”

”toinen rajoitus on aika, joka tarvitaan näiden kokeiden suorittamiseen”, sanoi tohtori Jack. Spektrofotometrisin menetelmin tehtävien määritysten valtaisat työmäärät ja-aika asettavat vakavia rajoituksia arvioitavien näytteiden määrälle. Tämä rajoittaa toteutettavissa kokeellisia malleja, ja näin ollen tyyppisiä kysymyksiä voi toivoa vastata. Lisäksi sekä perinteisten menetelmien aika-että kudostarpeet vaikeuttavat näytteen uusimista tai tuloksen toistamista. Tässä tutkimuksessa tutkijat pystyivät suorittamaan joukon määrityksiä, jotka normaalisti kestäisivät 41 tuntia vain kuudessa tunnissa.

kasvien kemiallinen puolustus on monimutkainen, johon liittyy useiden yhdisteiden tuotanto kerralla. Siinä missä perinteiset tekniikat vaativat erillisiä uuttoja kunkin puolustusyhdisteluokan määrittämiseen, tässä esitetyssä tekniikassa käytetään konsolidoituja valmistuspuskureita ja protokollia useiden yhdisteiden erottamiseksi kerralla. Tämän vuoksi on käytännöllistä mitata laajempia kemiallisia vasteita, mikä antaa vivahteikkaamman ja tarkemman kuvan kasvien puolustuksesta. ”Kasvit tuottavat niin paljon sekundaarisia aineenvaihduntatuotteita ja entsyymejä vastauksena kasvinsyöjien hyökkäykseen, että tarina kasvien puolustuskyvystä ei ole täydellinen, ellei määritetä useita yhdisteitä”, sanoi Tri Jack.

tässä esitetty menetelmä, jossa näytteenvalmistuspuskurit kootaan yhteen ja näytteitä suoritetaan samanaikaisesti mikrotasolla, vähentää huomattavasti puolustusyhdisteiden määritysaikaa ja-kustannuksia. ”Meille oli välttämätöntä olla keksintöjen äiti”, sanoi Tri Jack. ”Suunnittelin kokeilua…ja ei löytänyt korkean suoritustehon määrityksiä, joilla saavutettaisiin se, mitä tarvittiin.”Mutta kehittäessään tätä tekniikkaa kirjoittajat avasivat muille mahdollisuuksia tutkia kasvien puolustuskykyä. Tutkijat voivat nyt tutkia useita puolustusyhdisteitä kerralla, tarkastella paikallisia ja systeemisiä vastauksia, vertailla suurempaa otosta yksilöitä, ja toistaa niiden havainnot paljon järkevämmin kuin ennen.

”alun perin tämä ei ollut mikään itsenäinen projekti”, sanoi tohtori Jack. ”Mutta kun tutkimme kirjallisuutta ja panimme niin paljon aikaa pöytäkirjaan, tajusimme, että tämä olisi hyödyllistä tiedeyhteisölle ja voisi vaikuttaa niin moniin eri aloihin.”