อารยธรรมดังที่ทราบกันในปัจจุบันไม่สามารถพัฒนาได้ และไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีแหล่งอาหารเพียงพอ – นอร์มัน บอร์เลย

คนส่วนใหญ่ไม่เคยได้ยินชื่อ Norman Borlauglau. จนถึงปัจจุบัน เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์การเกษตรเพียงคนเดียวที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสันติภาพ งานของเขาในการพัฒนาพืชธัญพืชที่ให้ผลผลิตสูงและต้านทานโรคได้ช่วยประหยัดเงินได้มากกว่าหนึ่งพันล้าน (ใช่ billion) ผู้คนจากความอดอยาก

แม้ว่าเขาจะพูดคำเหล่านี้เมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว แต่ข้อความของเขาก็ไม่มีความเกี่ยวข้องมากไปกว่านี้แล้วในทุกวันนี้ เราอาศัยอยู่ในโลกที่คาดว่าจะเกิน เก้าพันล้านคนภายในปี 2050และปัจจุบันบางส่วน currently 800 ล้านคน ไม่มีอาหารเพียงพอที่จะมีชีวิตที่แข็งแรงและกระฉับกระเฉง

โครงการองค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติที่เราต้องการ เพิ่มการผลิตอาหารอย่างน้อย 70% เพื่อรองรับการเติบโตของประชากรที่เพิ่มขึ้นนี้ นี่เป็นงานที่น่ากลัว ทำให้ยากยิ่งกว่าเดิมเพราะเกือบ 20% ของการเก็บเกี่ยวทั่วโลกสูญเสียไปกับโรคพืช วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดวิธีหนึ่งในการต่อสู้กับโรคเหล่านี้คือการควบคุมสารเคมี - การใช้ยาฆ่าแมลง อย่างไรก็ตาม เชื้อโรคสามารถพัฒนาความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะทำให้ต้องใช้มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อรักษาการผลิตไว้ นอกจากนี้ยังมี ปัญหาสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารเคมีที่อาจเป็นพิษกับทุ่งนา

ความต้องการเร่งด่วนสำหรับวิธีการปกป้องพืชผลที่ปลอดภัยและยั่งยืนมากขึ้น นั่นคือที่ที่เรา นักพยาธิวิทยาพืช ก้าวเข้ามา นักพยาธิวิทยาพืชเชี่ยวชาญด้านสุขภาพพืช เช่นเดียวกับที่แพทย์เชี่ยวชาญด้านสุขภาพของมนุษย์ และเราทำงานอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยเพื่อปกป้องแหล่งอาหารของเรา

งานวิจัยใหม่ในการทำสงครามกับเชื้อโรคมุ่งเน้นไปที่การเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติของพืช หากพืชสามารถต่อสู้กับการติดเชื้อได้เอง เราก็สามารถลดปริมาณยาฆ่าแมลงที่ต้องการได้ คล้ายกับวิธีที่เด็กได้รับการฉีดวัคซีนป้องกันโรคในอนาคต นักพยาธิวิทยาพืชกำลังใช้วิธีการเดียวกันนี้ในการ "สร้างภูมิคุ้มกัน" พืชจากเชื้อโรค โดยมีเป้าหมายในการเสริมสร้างภูมิคุ้มกันต่อผู้บุกรุก วิธีการเตรียมระบบภูมิคุ้มกันของพืชชนิดนี้อาจเป็นวิธีที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในการกอบกู้พืชผลที่สูญเสียไปจากโรคภัยไข้เจ็บทั่วโลกในปัจจุบัน

ผู้เชี่ยวชาญมันสำปะหลังเข้าตรวจสอบพืชที่เป็นโรคในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย CIAT, CC BY-SA

การทำความเข้าใจระบบภูมิคุ้มกันของพืช

พืชสามารถสัมผัสกับจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคได้ตามธรรมชาติ เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา และไวรัส ตรงกันข้ามกับมนุษย์ที่มีความสามารถในการหลบเลี่ยงการติดเชื้อทางร่างกาย พืชไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ ดังนั้นทุกเซลล์ในพืชจึงต้องป้องกันตัวเองจากการถูกโจมตี พืชมีระบบภูมิคุ้มกันหลายชั้นที่ช่วยต่อสู้กับจุลินทรีย์เหล่านี้ มันทำงานในลักษณะที่คล้ายกับระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์มาก

พืชตรวจพบเชื้อโรคโดยรู้จัก "รูปแบบ" ของจุลินทรีย์ สิ่งเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของชนิดของจุลินทรีย์ (คิดว่าเป็นแฟลกเจลลาแบคทีเรีย) ที่พืชได้วิวัฒนาการมาเพื่อให้รู้ว่าเป็น "ไม่ใช่ตัวตน" เราสามารถเทียบความสามารถนี้กับการรับรู้แอนติเจนโดยร่างกายมนุษย์ ซึ่งกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน น่าเสียดายที่เชื้อโรคพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อหลีกเลี่ยงการรับรู้ โดยทั่วไปแล้วจะป้องกันหรือปิดบังรูปแบบเหล่านี้ ความสามารถนี้ช่วยให้พวกมันตั้งรกรากเซลล์ของพืชได้ก่อนที่จะมีการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่มีประสิทธิภาพ

Defense Priming เปรียบเสมือนการฉีดวัคซีน

เป้าหมายการวิจัยหลักประการหนึ่งของเราคือการควบคุมรูปแบบเหล่านี้เพื่อทำให้ prime ภูมิคุ้มกันของพืชสร้างการป้องกันที่เพิ่มขึ้นต่อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค แทนวิธีการควบคุมสารเคมีแบบเดิม

หลักการของ “รองพื้นป้องกัน” คล้ายกันมากกับการพัฒนาวัคซีนเพื่อรักษาโรคของมนุษย์ วัคซีนทำงานโดยทำหน้าที่เป็นตัวปลอมตัวก่อโรค มันหลอกระบบภูมิคุ้มกันให้คิดว่ากำลังถูกโจมตี ซึ่งกระตุ้นการตอบสนองของการป้องกัน เช่น การผลิตแอนติบอดี สิ่งนี้จะสร้างความทรงจำในการป้องกัน ซึ่งช่วยให้ระบบภูมิคุ้มกันสามารถจดจำเชื้อโรคบางชนิดได้หากร่างกายต้องพบเจออีกในอนาคต จากนั้นจะสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วและแข็งแกร่งด้วยหน่วยความจำที่เตรียมไว้จากวัคซีน

เราสามารถนำหลักการเดียวกันนี้ไปใช้กับความสัมพันธ์ระหว่างเชื้อโรคกับพืชได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเราระบุรูปแบบที่สนใจของเชื้อโรคแล้ว เราก็พยายามแยกและทำให้บริสุทธิ์ ขั้นตอนนี้เหมือนกับการผลิตวัคซีน จากนั้นเราสามารถฉีดวัคซีนให้พืชด้วยรูปแบบที่บริสุทธิ์ได้ ตัวอย่างเช่น โดยการฉีดเข้าไปในลำต้นหรือใบด้วยหลอดฉีดยา เป้าหมายคือเพื่อกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติของพืช ส่งผลให้การตอบสนองการป้องกันเร็วขึ้นและ/หรือแข็งแกร่งขึ้นในครั้งต่อไปที่พืชพบเชื้อโรคนั้น

{youtube}QrNOHKjA2q4{/youtube}

โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังตรวจสอบให้แน่ใจว่าต้นไม้นั้นพร้อมสำหรับการสู้รบก่อนที่ศัตรูจะโจมตี พืชรองพื้น แสดงความทนทานต่อการติดเชื้อที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมักจะแสดงอาการน้อยลงและจำนวนเชื้อโรคภายในพืชลดลง แม้ว่าพืชที่เตรียมไว้แล้วจะยังไม่ถูกนำมาใช้ในวงกว้างในการเกษตรเชิงพาณิชย์ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็กำลังดำเนินการวิจัยอย่างแข็งขันเกี่ยวกับการใช้ รองพื้นป้องกันทั้งในเรือนกระจกและภาคสนาม การตั้งค่าสำหรับการป้องกันแบคทีเรีย ไวรัส และเชื้อรา

งานวิจัยของฉันเองมุ่งเน้นที่การใช้สีรองพื้นป้องกันเพื่อป้องกันเชื้อแบคทีเรียที่เรียกว่า Xylella fastidiosa ที่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมไวน์ โต๊ะ และองุ่นลูกเกดมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ ทำให้เกิดโรคของเพียร์ซ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายในรัฐแคลิฟอร์เนีย มากกว่า 100 ล้านเหรียญสหรัฐต่อปี ในค่าใช้จ่ายการสูญเสียพืชผลและความพยายามที่จะรักษามัน ขณะนี้ยังไม่มีวิธีรักษาโรคที่เกิดจากเชื้อก่อโรคในพืชนี้ แต่เป้าหมายของเราคือการใช้น้ำยารองพื้นป้องกันเพื่อกำจัดมัน

พืชก็ป่วยเช่นกัน! เชื้อราขึ้นสนิมบนข้าวสาลี Yue Jin บริการวิจัยการเกษตร

ศักยภาพในการเกษตรเชิงพาณิชย์

ในทางตรงกันข้ามกับระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ ซึ่งการตอบสนองในการป้องกันนั้นจำเพาะต่อเชื้อโรคบางชนิด ผลของการเตรียมดินในพืชนั้นครอบคลุมในวงกว้าง ปกป้องพืชจากโรคและแมลงศัตรูพืชหลากหลายชนิด

ประโยชน์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของการเตรียมการป้องกันคือความสมบูรณ์ของพืชมีน้อยหรือไม่มีเลย – พืชยังคงเติบโตและขยายพันธุ์ตามปกติ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการเกษตรเชิงพาณิชย์ ซึ่งความสำเร็จขึ้นอยู่กับผลตอบแทนสูง

นอกจากนี้ สภาพไพรเมอร์ยังมีความทนทานและสามารถคงสภาพไว้ได้นานหลังจากการกระตุ้นครั้งแรก การวิจัยในปัจจุบันยังแสดงให้เห็นว่าพืชสามารถถ่ายทอดความทรงจำในการป้องกันนี้ไปยังลูกหลานของพวกเขาได้ การป้องกันหลายชั่วอายุคน โดยไม่มีการดัดแปลงพันธุกรรมใดๆ

จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์นี้ แต่การรองพื้นเพื่อการป้องกันดูเหมือนจะเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าและมีแนวโน้มในอนาคตของการเกษตรแบบยั่งยืน

เกี่ยวกับผู้เขียน

Jeannette Rapicavoli เป็นผู้สมัครระดับปริญญาเอกสาขาโรคพืชที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ งานวิจัยของฉันมุ่งเน้นไปที่พื้นฐานระดับโมเลกุลของปฏิกิริยาระหว่างโฮสต์กับเชื้อโรคของแบคทีเรียก่อโรคในพืชที่อาศัยอยู่ในไซเลม หรือเนื้อเยื่อนำน้ำของระบบหลอดเลือดของพืช โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฉันทำงานกับแบคทีเรียก่อโรคที่ทำให้เกิดโรคร้ายแรงในต้นองุ่นและส้ม รวมถึงพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจอื่นๆ ในปัจจุบัน งานวิจัยของฉันได้เน้นย้ำถึงบทบาทของพอลิแซ็กคาไรด์ที่ผิวเซลล์แบคทีเรียเป็นตัวกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดของพืช

บทความนี้ถูกเผยแพร่เมื่อวันที่ สนทนา. อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at

ขอบคุณสำหรับการเยี่ยมชม InnerSelf.comที่ไหนมี 20,000 + บทความเปลี่ยนชีวิตส่งเสริม "ทัศนคติใหม่และความเป็นไปได้ใหม่" บทความทั้งหมดได้รับการแปลเป็น 30+ ภาษา. สมัครรับจดหมายข่าว ถึงนิตยสาร InnerSelf ซึ่งตีพิมพ์ทุกสัปดาห์ และ Daily Inspiration ของ Marie T Russell นิตยสาร InnerSelf ได้รับการตีพิมพ์ตั้งแต่ปี 1985