Fare di più con meno nello studio di impianti di difesa chimica

Le piante non possono scappare per evitare di essere mangiati, così invece si avvalgono di una vasta gamma di prodotti chimici difese per tenere gli erbivori a bada. Comprendere le difese chimiche delle piante è fondamentale per mantenere sane le colture e per rispondere a una serie di domande più accademiche sull’ecologia e l’evoluzione. Tuttavia, le attuali tecniche per valutare le difese chimiche delle piante richiedono molto tempo e richiedono quantità non pratiche di tessuto vegetale. Nella ricerca presentata in un recente numero di Applications in Plant Sciences, il Dr. Chandra Jack e colleghi hanno ideato una nuova tecnica per valutare le difese chimiche delle piante che è meno laboriosa e più pratica per una varietà di applicazioni sperimentali.

I metodi tradizionali di misurazione dei composti di difesa utilizzano la luce per misurare diverse sostanze chimiche nelle foglie utilizzando un apparecchio chiamato spettrofotometro. Questi metodi richiedono grandi campioni di tessuto, il che significa che più foglie devono essere raggruppati insieme, collassando variazione significativa. La tecnica riportata qui, utilizzando un lettore di micropiastre, ha rilevato attività in campioni inferiori a 10 mg, o 2% del peso del campione di tessuto tradizionale.

“Uno dei maggiori vincoli è la quantità di tessuto necessaria per i test tradizionali basati sullo spettrofotometro”, ha affermato il Dr. Jack, l’autore principale dello studio. “Ora, poiché i ricercatori non devono combinare le foglie di una singola pianta, possono esplorare meglio le risposte localizzate rispetto a quelle sistemiche o monitorare la risposta delle singole piante nel tempo… Ci permette di misurare la variazione a livello di popolazione e di analizzare l’influenza dell’ambiente sui geni.”

” L’altro vincolo è il tempo necessario per effettuare questi esperimenti”, ha detto il Dr. Jack. L’enorme quantità di lavoro e di tempo necessari per eseguire saggi utilizzando metodi spettrofotometrici pone seri vincoli sul numero di campioni che possono essere valutati. Ciò limita i progetti sperimentali fattibili e, di conseguenza, i tipi di domande a cui si può sperare di rispondere. Inoltre, sia le esigenze di tempo che di tessuto dei metodi tradizionali rendono più difficile rieseguire un campione o riprodurre un risultato. In questo studio, i ricercatori sono stati in grado di condurre una serie di saggi che normalmente richiederebbero 41 ore in sole sei ore.

La difesa chimica delle piante è complessa, comporta la produzione di più composti contemporaneamente. Mentre le tecniche tradizionali richiedono estrazioni separate per analizzare ogni classe di composti di difesa, la tecnica presentata qui utilizza buffer e protocolli di preparazione consolidati per estrarre più composti contemporaneamente. Ciò rende pratico misurare una gamma più ampia di risposte chimiche, fornendo un’immagine più sfumata e ad alta risoluzione della difesa delle piante. “Le piante producono così tanti metaboliti ed enzimi secondari in risposta all’attacco degli erbivori, che la storia delle difese delle piante non è completa a meno che non si assaggi più composti”, ha detto il dott.

Il metodo qui presentato, in cui i buffer di preparazione dei campioni vengono consolidati e i campioni vengono eseguiti simultaneamente su una micropiastra, riduce notevolmente i tempi e le spese di analisi dei composti di difesa. “Per noi è stato un caso di necessità essere la madre dell’invenzione”, ha detto il dottor Jack. “Stavo progettando di creare un esperimento…e non riusciva a trovare saggi ad alto rendimento per realizzare ciò che era necessario.”Ma nello sviluppo di questa tecnica, gli autori hanno aperto strade di indagine sulle difese delle piante per gli altri. I ricercatori possono ora studiare più composti di difesa contemporaneamente, esaminare le risposte localizzate e sistemiche, confrontare un campione più ampio di individui e replicare i loro risultati in modo molto più fattibile di prima.

“Originariamente, questo non sarebbe stato un progetto autonomo”, ha detto il Dr. Jack. “Tuttavia, mentre esaminavamo la letteratura e investivamo così tanto tempo nel protocollo, ci siamo resi conto che questo sarebbe stato utile per la comunità scientifica e avrebbe potuto avere un impatto su così tanti campi diversi.”