Ученые из Центра по борьбе с растениями и болезнями (CCDM) и Университета Кертина в Западной Австралии использовали передовую технику визуализации для более глубокого изучения того, как гриб –возбудитель желтой пятнистости пшеницы – повреждает листья растений

Профессор Марк Гибберд, директор Центра, сказал, что исследование считается одним из первых, когда применялось рентгеновское изображение высокого разрешения для изучения биотического стресса, связанного с грибной инфекцией пшеницы.

Используя рентгеновскую флуоресцентную микроскопию (XFM) на образцах листьев, собранных у растений пшеницы, ученые нанесли на карту конкретные элементы в листьях и вокруг точек заражения.

«Наш научный проект рассматривает физиологическое влияние болезней растений, таких как желтая пятнистость, на функцию листьев», пояснил Гибберд.

Желтая пятнистость (пиренофороз) – повсеместно распространенная болезнь пшеницы, вызываемая Pyrenophora tritici-repentis (Ptr). Она может снизить урожайность зерна до 20 процентов - значительное количество, играющее роль между прибыльным и неприбыльным урожаем для фермера.

В Австралии пиренофороз является одной из самых дорогостоящих проблем для пшеничной промышленности, потери урожая пшеницы из-за желтой пятнистости оцениваются в более чем 210 миллионов долларов в год.

Гриб производит токсины (или эффекторы), вызывающие некроз (гибель клеток) у чувствительных сортов растения-хозяина.

«Хотя мы продолжаем узнавать больше о взаимодействии растений-хозяев и роли эффекторов, мы также знаем, что влияние инфекции на фотосинтез распространяется далеко за пределы областей, где проявляются видимые симптомы. Мы уверены, что болезнь влияет на гораздо большую площадь листа, чем видимые поражения. Использование рентгеновских изображений позволяет нам исследовать эти области в очень высоком разрешении. Мы планируем сравнить наши результаты рентгеновской визуализации с информацией из других методик, в том числе многократных подходов и флуоресцентной визуализации хлорофилла, чтобы оценить эффективность фотосинтеза», отметил Гибберд.

Команда изучала различные элементы, которые могут накапливаться в патогенном микроорганизме или накапливаться (или истощаться) в ткани, окружающей точку заражения. Результаты работы помогут селекционерам в создании более устойчивых сортов.

«Одним из конкретных элементов, представляющих интерес в этом проекте, является калий, так как он важен для многих аспектов физиологии растений», - говорит соавтор исследования доктор Марк Хакетт.

«К сожалению, рентгеновские лучи могут обнаружить только сигнал калия на поверхности листа или чуть ниже поверхности листа. Чтобы обойти проблему, команда разработала и опробовала новый подход, который будет использовать рубидий в качестве заменителя калия.

Рубидий находится в ряду ниже калия в периодической таблице Менделеева и поэтому действует аналогично калию в химических реакциях и в том, как он транспортируется через растение. Рубидий может использоваться как суррогат, чтобы понять, что происходит с калием, с преимуществом в том, что рентгеновские лучи подходят для визуализации рубидия в любом месте листа растения, а не только на поверхности», - сказал Хакетт.

Впоследствии ученые намерены попробовать инфракрасную микроспектроскопию (IRM), чтобы понять, как биологические молекулы желтой пятнистости воздействуют на зараженные листья пшеницы.

Хакетт поясняет, что информация, предоставляемая IRM (биологическими молекулами) и XFM (элементами), станет кардинально важной для точного определения физиологических механизмов, посредством которых некротрофные грибы повреждают ткани и распространяются в листьях пшеницы.

Текущий эксперимент команды был разработан, чтобы продемонстрировать: рубидий, как и калий, будут визуализироваться одинаково в листе пшеницы с признаками пиренофороза.

Центр по борьбе с растениями и болезнями (CCDM), при поддержке Университета Кертина и Корпорации исследований и развития зерновых (GRDC), специализируется на предоставлении решений для австралийских фермеров по борьбе с основными патогенами пшеницы, ячменя, рапса и бобовых.

(Источник: phys.org. Фото: Университет Кертин).