Растения не могут убежать, чтобы их не съели, поэтому вместо этого они используют различные химические средства защиты, чтобы держать травоядных в страхе. Понимание химической защиты растений имеет решающее значение для поддержания здоровья сельскохозяйственных культур, а также для ответов на множество более академических вопросов об экологии и эволюции. Однако современные методы оценки химической защиты растений отнимают много времени и требуют непрактично большого количества растительной ткани. В исследовании, представленном в недавнем выпуске Applications in Plant Sciences, д-р Чандра Джек и его коллеги разработали новый метод оценки химической защиты растений, который менее трудоемок и более практичен для различных экспериментальных приложений.
Традиционные методы измерения защитных соединений используют свет для измерения различных химических веществ в листьях с помощью прибора, называемого спектрофотометром. Эти методы требуют больших образцов тканей, а это означает, что несколько листьев должны быть объединены вместе, что сводит на нет значимые вариации. Описанная здесь методика с использованием устройства для считывания микропланшетов выявила активность в образцах размером менее 10 мг, или 2% от веса традиционного образца ткани.
«Одним из самых больших ограничений является количество ткани, необходимое для традиционных анализов на основе спектрофотометра», - сказал д-р Джек, ведущий автор исследования. «Теперь, поскольку исследователям не нужно комбинировать листья одного растения, они могут лучше исследовать локальные и системные реакции или отслеживать реакцию отдельных растений с течением времени… Это позволяет нам измерять вариации на уровне популяции и анализировать влияние среда на гены."
«Другое ограничение - это время, необходимое для проведения этих экспериментов», - сказал доктор Джек. Огромные объемы труда и времени, необходимые для проведения анализов с использованием спектрофотометрических методов, накладывают серьезные ограничения на количество образцов, которые можно оценить. Это ограничивает возможные экспериментальные планы и, следовательно, типы вопросов, на которые можно надеяться ответить. Кроме того, как время, так и потребность в ткани для традиционных методов затрудняют повторный анализ образца или воспроизведение результата. В этом исследовании исследователи смогли провести набор анализов, который обычно занимает 41 час, всего за шесть часов.
Химическая защита растений сложна и включает одновременное производство нескольких соединений. В то время как традиционные методы требуют отдельной экстракции для анализа каждого класса защитных соединений, в представленном здесь методе используются объединенные подготовительные буферы и протоколы для одновременного извлечения нескольких соединений. Это делает практичным измерение более широкого спектра химических реакций, обеспечивая более детализированную картину защиты растений с более высоким разрешением.«Растения производят так много вторичных метаболитов и ферментов в ответ на атаку травоядных, что история защиты растений не будет полной, если вы не проанализируете несколько соединений», - сказал доктор Джек.
Представленный здесь метод, в котором буферы для пробоподготовки объединяются и пробы одновременно анализируются на микропланшете, значительно сокращает время и затраты на анализ защитных соединений. «Для нас это был случай необходимости быть матерью изобретения», - сказал доктор Джек. «Я планировал провести эксперимент… и не мог найти анализы с высокой пропускной способностью, чтобы выполнить то, что было необходимо». Но при разработке этой методики авторы открыли для других возможности исследования защиты растений. Теперь исследователи могут одновременно исследовать несколько защитных соединений, изучать локальные и системные реакции, сравнивать большую выборку людей и повторять свои выводы гораздо более реально, чем раньше.
«Изначально этот проект не планировался как самостоятельный проект, - сказал д-р. Джек. «Однако, изучив литературу и потратив столько времени на протокол, мы поняли, что это будет полезно для научного сообщества и может повлиять на множество различных областей».