Gjør mer med mindre i studiet av plantekjemisk forsvar

Planter kan ikke løpe bort for å unngå å bli spist, så i stedet bruker de en rekke kjemiske forsvar for å holde plantelevende dyr i sjakk. Forstå plante kjemiske forsvar er avgjørende for å holde avlinger sunt, og for å svare på en rekke mer akademiske spørsmål om økologi og evolusjon. Men dagens teknikker for å vurdere plante kjemiske forsvar er tidkrevende og krever upraktisk store mengder plantevev. I forskning presentert i et nylig nummer Av Applikasjoner I Plantevitenskap, utviklet Dr. Chandra Jack og kolleger en ny teknikk for å vurdere plantekjemiske forsvar som er mindre arbeidskrevende og mer praktisk for en rekke eksperimentelle applikasjoner.

Tradisjonelle metoder for måling av forsvarsforbindelser bruker lys til å måle forskjellige kjemikalier i blader ved hjelp av et apparat kalt et spektrofotometer. Disse metodene krever store vevsprøver, noe som betyr at flere blader må samles sammen, kollapser meningsfull variasjon. Teknikken rapportert her, ved hjelp av en mikroplate leser, oppdaget aktivitet i prøver mindre enn 10 mg, eller 2% av den tradisjonelle vevsprøvevekten.

» En av de største begrensningene er mengden vev som trengs for tradisjonelle spektrofotometerbaserte analyser,» sa Dr. Jack, hovedforfatter av studien. «Nå, fordi forskere ikke trenger å kombinere blader fra en enkelt plante, kan de bedre utforske lokaliserte versus systemiske responser, eller overvåke individuell planterespons over tid… Det tillater oss å måle variasjon på befolkningsnivå og analysere miljøets påvirkning på gener.»

» den andre begrensningen er tiden som trengs for å utføre disse forsøkene, » sa Dr. Jack. Den enorme mengden arbeid og tid som kreves for å utføre analyser ved hjelp av spektrofotometriske metoder, legger alvorlige begrensninger på antall prøver som kan vurderes. Dette begrenser mulige eksperimentelle design, og dermed hvilke typer spørsmål man kan håpe å svare på. I tillegg gjør både tids-og vevskravene til tradisjonelle metoder det vanskeligere å re-kjøre en prøve eller reprodusere et resultat. I denne studien var forskerne i stand til å gjennomføre et sett med analyser som normalt ville ta 41 timer på bare seks timer.

Plante kjemisk forsvar er kompleks, involverer produksjon av flere forbindelser på en gang. Mens tradisjonelle teknikker krever separate ekstraksjoner for å analysere hver klasse av forsvarsforbindelser, bruker teknikken som presenteres her konsoliderte forberedelsesbuffere og protokoller for å trekke ut flere forbindelser samtidig. Dette gjør det praktisk å måle et bredere spekter av kjemiske responser, noe som gir et mer nyansert og høyere oppløsningsbilde av planteforsvar. «Planter produserer så mange sekundære metabolitter og enzymer som svar på plantelevende angrep, at historien om planteforsvar ikke er fullført med mindre du analyserer flere forbindelser,» Sa Dr. Jack.

metoden som presenteres her, hvor prøveprepareringsbuffere konsolideres og prøver kjøres samtidig på en mikroplate, reduserer betydelig tid og bekostning av analyse av forsvarsforbindelser. «For oss var det et tilfelle av nødvendighet å være oppfinnelsens mor,» sa Dr. Jack. «Jeg planla å sette opp et eksperiment…og kunne ikke finne høy gjennomstrømningsanalyser for å oppnå det som var nødvendig.»Men i utviklingen av denne teknikken åpnet forfatterne muligheter for undersøkelse av planteforsvar for andre. Forskere kan nå undersøke flere forsvarsforbindelser samtidig, se på lokaliserte og systemiske responser, sammenligne et større utvalg av individer, og replikere funnene sine mye mer mulig enn før.

«opprinnelig skulle dette Ikke være et frittstående prosjekt,» sa Dr. Jack. «Men da vi kjempet gjennom litteraturen og investerte så mye tid i protokollen, innså vi at dette ville være nyttig for det vitenskapelige samfunn og kunne påvirke så mange forskjellige felt.»