По оценкам, нынешнее население мира составляет более 7,4 миллиарда человек и растет со скоростью 88 миллионов человек в год. Выведение сортов кукурузы, устойчивых к вредителям, жизненно важно для обеспечения к 2050 году 9-миллиардного мирового населения. Теперь исследователи из Университета Миссури, используя передовые ядерные методы, определили механизмы, которые растения кукурузы используют для борьбы с западным кукурузным жуком, основным вредителем, угрожающим росту жизненно важного источника пищи. Ученые считают, что использование знаний, полученных в результате этих передовых исследований, может помочь селекционерам в разработке новых устойчивых линий кукурузы и добиться значительных успехов в решении проблемы глобальной нехватки продовольствия.
«Западный кукурузный жук - прожорливый вредитель», - сказал Ричард Ферьери, профессор-исследователь Междисциплинарной группы растений MU и исследователь Исследовательского реактора MU (MURR). «Личинки корневого червя вылупляются в почве поздней весной и сразу же начинают питаться корневой системой урожая. Легкое повреждение корневой системы может препятствовать поглощению воды и питательных веществ, угрожая жизнеспособности растения, в то время как более серьезное повреждение может привести к падению растения».
Выращивание кукурузы, способной бороться с этими вредителями, является многообещающей альтернативой. Феррьери и его международная группа исследователей, в которую вошли ученые из Бернского университета в Швейцарии, Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке и Министерства сельского хозяйства США, использовали радиоизотопы для отслеживания основных питательных веществ и гормонов, когда они перемещались через живые растения кукурузы. В серии тестов ученые вводили радиоизотопные индикаторы в здоровые и зараженные корневым червем растения кукурузы.
«В течение некоторого времени мы знали, что ауксин, мощный растительный гормон, участвует в стимуляции роста новых корней», - сказал Феррьери. «Наша цель состояла в том, чтобы проследить биосинтез и движение ауксина как в здоровых, так и в стрессовых растениях и определить, какой вклад он вносит в этот процесс».
Пометив ауксин радиоактивным индикатором, исследователи смогли использовать инструмент медицинской диагностической визуализации, называемый позитронно-эмиссионной томографией, или ПЭТ, чтобы «наблюдать» движение ауксина в корнях живых растений в режиме реального времени. Точно так же они присоединили радиоактивный индикатор к аминокислоте под названием глютамин, которая важна для контроля химии ауксина, и наблюдали за путями, которые растения кукурузы использовали для транспорта глютамина, и за тем, как он влиял на биосинтез ауксина.
Исследователи обнаружили, что ауксин жестко регулируется на уровне корневой ткани, где питаются корневые черви. Исследование также показало, что биосинтез ауксина жизненно важен для возобновления роста корней и включает в себя весьма специфические биохимические пути, на которые влияет корневой червь и который активируется метаболизмом глютамина..
«Эта работа выявила несколько новых идей о возобновлении роста корней сельскохозяйственных культур, которые могут отразить атаку корневого червя», - сказал Феррьери. «Наши наблюдения показывают, что улучшение использования глютамина может стать хорошей отправной точкой для программ селекции сельскохозяйственных культур или для создания устойчивой к корневище кукурузы для растущего мирового населения».
Работа Феррьери подчеркивает возможности MURR, важнейшего компонента исследований в университете на протяжении более 40 лет. Работая 6,5 дней в неделю, 52 недели в году, ученые со всего кампуса используют 10-мегаваттную установку не только для обеспечения важнейших радиоизотопов для клинических условий по всему миру, но и для датирования артефактов по углероду, улучшения медицинских диагностических инструментов и предотвращения болезней. В MURR также находится циклотрон PETrace, который используется для производства других радиоизотопов для медицинской диагностической визуализации.