Att göra mer med mindre i studien av växtkemiskt försvar

växter kan inte springa iväg för att undvika att ätas, så istället använder de en mängd olika kemiska försvar för att hålla växtätare i schack. Att förstå växternas kemiska försvar är avgörande för att hålla grödorna friska och för att svara på en mängd mer akademiska frågor om ekologi och evolution. Nuvarande tekniker för att bedöma växtkemiskt försvar är dock tidskrävande och kräver opraktiskt stora mängder växtvävnad. I forskning som presenterades i en ny utgåva av Applications in Plant Sciences, Dr. Chandra Jack och kollegor utarbetade en ny teknik för att bedöma växtkemiskt försvar som är mindre mödosamt och mer praktiskt för en mängd olika experimentella tillämpningar.

traditionella metoder för att mäta försvarsföreningar använder ljus för att mäta olika kemikalier i löv med hjälp av en apparat som kallas en spektrofotometer. Dessa metoder kräver stora vävnadsprover, vilket innebär att flera blad måste samlas ihop och kollapsar meningsfull variation. Tekniken som rapporteras här, med användning av en mikroplattläsare, detekterade aktivitet i prover mindre än 10 mg eller 2% av den traditionella vävnadsprovvikten.

”en av de största begränsningarna är mängden vävnad som behövs för traditionella spektrofotometerbaserade analyser”, säger Dr.Jack, huvudförfattare till studien. ”Nu, eftersom forskare inte behöver kombinera löv från en enda växt, kan de bättre utforska lokaliserade kontra systemiska svar eller övervaka individuellt växtsvar över tiden… Det gör det möjligt för oss att mäta populationsnivåvariation och att analysera miljöpåverkan på gener.”

”den andra begränsningen är den tid som behövs för att utföra dessa experiment”, säger Dr.Jack. De enorma mängder arbete och tid som krävs för att utföra analyser med spektrofotometriska metoder sätter allvarliga begränsningar på antalet prover som kan bedömas. Detta begränsar genomförbara experimentella mönster, och följaktligen vilka typer av frågor man kan hoppas kunna svara på. Dessutom gör både tid och vävnadskrav av traditionella metoder det svårare att köra om ett prov eller reproducera ett resultat. I denna studie kunde forskare genomföra en uppsättning analyser som normalt skulle ta 41 timmar på bara sex timmar.

Växtkemiskt försvar är komplext och involverar produktion av flera föreningar samtidigt. Medan traditionella tekniker kräver separata extraktioner för att analysera varje klass av försvarsföreningar, använder tekniken som presenteras här konsoliderade beredningsbuffertar och protokoll för att extrahera flera föreningar samtidigt. Detta gör det praktiskt att mäta ett bredare spektrum av kemiska svar, vilket ger en mer nyanserad och högupplöst bild av växtförsvar. ”Växter producerar så många sekundära metaboliter och enzymer som svar på växtätande attack, att historien om växtförsvar inte är fullständig om du inte analyserar flera föreningar”, säger Dr.Jack.

metoden som presenteras här, där provberedningsbuffertar konsolideras och prover körs samtidigt på en mikroplatta, minskar avsevärt tiden och kostnaden för analys av försvarsföreningar. ”För oss var det ett fall av nödvändighet att vara uppfinningens moder”, säger Dr.Jack. ”Jag planerade att starta ett experiment…och kunde inte hitta hög genomströmningsanalyser för att uppnå vad som behövdes.”Men när man utvecklade denna teknik öppnade författarna möjligheter att undersöka växtförsvar för andra. Forskare kan nu undersöka flera försvarsföreningar på en gång, titta på lokaliserade och systemiska svar, jämföra ett större urval av individer och replikera deras resultat mycket mer genomförbart än tidigare.

”ursprungligen skulle detta inte bli ett fristående projekt”, säger Dr.Jack. ”Men när vi kammade igenom litteraturen och investerade så mycket tid i protokollet insåg vi att detta skulle vara användbart för det vetenskapliga samfundet och kan påverka så många olika områden.”