Uus nanotehnoloogia teavitab taimede stressitasemest

Uus nanotehnoloogia võimaldab meil paremini taimede sisemaailma mõista Foto: Shutterstock

MIT insenerid on arendanud tehnoloogia, mille kaudu saab jälgida, kuidas reageerivad taimed stressile. Vigastustele, infektsioonidele ja valguskahjustusele reageerivad taimede rakkudes olevad nanosensorid, mis edastavad vesinikperoksiidi põhjalt signaale.

Vesinikperoksiidi roll taimedes

«Taimedel on väga keerukas sisekommunikatsioon, mida saame nüüd jälgida. Saame reaalajas näha taimede vastuseid ja kogemusi,» ütleb uuringute eestvedaja Michael Strano.

Kolm aastat tagasi tehtud uuringutest selgus, et taimed kasutavad vesinikperoksiidi signaalkoodina, kuid selle kindel roll oli ebaselge. Uue LEEP tehnoloogia abil jõuavad nanoosakesed taimelehtede rakutasandile ja ühenduvad taime rakumembraaniga. Avastus signaali kohta toimus puhtjuhuslikult. 

«Harjutasin nanosensorite sisestamist ja protsessi käigus vigastasin kogemata taime. Nii sain jälile vesinikperoksiidi signaalile.»

Pärast lehe vigastamist nägi Strano, et vesinikperoksiid vallandus haava kohalt, tekitades laine, mis liikus üle kogu lehe. Sarnaselt toimuvad inimese ajus närvisünapsid. Samal ajal, kui taim vallandab vesinikperoksiidi, eraldub lähedalolevatest rakkudest kaltsiumit, mis annab teistele rakkudele teavet juhtunu kohta.

Vesinikperoksiidi laine stimuleerib taimerakke tootma molekule, mis aitavad neil end ravida ja mõned taimed toodavad sellise impulsi järel molekule, mis tõrjuvad kahjureid. Need stressitingimustes toodetud metaboliidid on ka meie toidulaual olevate taimede osakesed, mis annavad taimele maitse. Maitsemolekulide tootmine on seega taime stressireaktsioon.

Tehnoloogiast

Teadlased kasutavad vesinikperoksiidi abil saadud signaale eristamaks erinevat tüüpi stresse. Signaal saadetakse sensorite abil mobiilrakendusse. Signaali tuvastamiseks saab kasutada infrapuna sensoreid kaameral, mis on ühendatud Raspberry Pi-ga. 

Eelnevate aastate jooksul on Strano labor uurinud nanobiooniliste taimede potentsiaale. Nii annavad ühendatud nanomaterjalid taimedele uusi funktsioone nagu valguse kiirgamine või vähese veesisalduse tuvastamine.

Osad taimed, nagu Arabidopsis thaliana ja tubakalehed on vastuvõtlikud geneetilisele manipulatsioonile, mida on sellised tehnoloogiad võimaldanud, kuid MIT uus lähenemine on rakendatav iga taime peal.

 

Teadlased avastasid, et erinevatel taimedel on stressi korral erinevad lainevormid.

«Saad nii vaadata reaalajas taime reaktsiooni, mida ta kogeb ka uues keskkonnas olles,» ütleb Strano.

 

Üheks probleemiks on kasvanduses taimede kasvureaktsioon varjude vältimiseks. Näiteks osad liigid kasvatavad end stressi korral pikemaks, selle asemel, et energiat vilja kasvatamisele rakendada. Nanotehnoloogiat tahetakse rakendada taimekasvatuses selleks, et paremini mõista kasvutingimusi ja saadud reaktsioonide põhjal taimi täiustada.