Meruap daun hijau adalah tindak balas pantas tumbuhan terhadap ancaman. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Pernahkah anda tertanya-tanya tentang nota hijau tajam yang mengenai hidung anda apabila anda memotong rumput atau memotong batang bunga? Mereka adalah daun hijau meruap, atau GLV: minyak mudah tersejat yang digunakan tumbuhan untuk berkomunikasi dengan tumbuhan lain dan mempertahankan diri mereka daripada herbivor atau patogen seperti bakteria atau kulat.

Hampir setiap tumbuhan hijau boleh dengan cepat mensintesis dan melepaskan GLV apabila diserang, kedua-duanya secara langsung menangkis penyerang serta secara tidak langsung menarik pemangsa herbivor seperti serangga dan menyemai mekanisme pertahanan tumbuhan yang lain. Penyelidik tahu bahawa GLV memainkan peranan penting dalam melindungi tumbuhan, tetapi cara ia berfungsi masih tidak jelas.

Saya seorang penyelidik biokimia, dan melalui kerjasama antara Makmal Wang and Makmal Stratmann dari University of South Carolina, saya dan rakan sekerja mengkaji cara sel tumbuhan menggunakan daun hijau yang tidak menentu. Dalam kami baru-baru ini menerbitkan penyelidikan, kami mengenal pasti laluan isyarat yang berpotensi digunakan GLV untuk mendorong tindak balas pertahanan dalam sel tomato. Matlamat utama kami adalah untuk memikirkan cara menggunakan GLV untuk mengawal perosak pertanian untuk pertanian yang lebih bersih.

Sistem pertahanan dalam tumbuhan

Tumbuhan menggunakan banyak sistem pertahanan untuk melindungi diri mereka sendiri. The barisan pertahanan pertama melibatkan pengesanan penceroboh mikrob dan kehadiran kerosakan menggunakan corak molekul yang berkaitan dengan kerosakan, atau DAMP, iaitu molekul yang dikeluarkan oleh sel yang rosak atau mati.

Apabila sel mengenal pasti DAMP, ia mencetuskan tindak balas imun dan menggalakkan mekanisme pembaikan. Ia juga membawa kepada perubahan kepekatan ion kalsium, mengaktifkan lagi gen dan protein yang berkaitan dengan imun. LEMBAP juga hidupkan protein biasa dalam banyak laluan isyarat tekanan yang mengaktifkan tindak balas pertahanan lain. Tumbuhan mempunyai beberapa cara pertahanan.

Banyak kajian telah menunjukkan bahawa kesan daripada GLV ialah sama dengan LEMBAP. Oleh itu, saya dan pasukan saya ingin membuktikan sama ada GLV juga boleh bertindak sebagai DAMP.

Untuk melakukan ini, kami mengkaji protein mana yang dihidupkan atau dimatikan dalam sel tomato. Mengubah struktur protein secara kimia melalui proses yang dipanggil fosforilasi menghidupkan atau mematikannya. Fosforilasi protein memainkan peranan penting dalam mengawal selia sejumlah besar proses selular dan melibatkan banyak laluan penghantaran isyarat. Mempelajari fosfoproteom, atau semua protein yang terfosforilasi dalam satu sistem, sel tomato boleh membantu kami membandingkan laluan isyarat GLV dan DAMP.

Kami mendapati bahawa banyak protein yang terlibat dalam laluan isyarat meruap daun hijau terlibat dalam mengawal tekanan. Ini termasuk banyak komponen laluan isyarat DAMP, menyokong hipotesis kami bahawa GLV berfungsi seperti DAMP dalam mengaktifkan tindak balas pertahanan.

Menggunakan GLV dalam pertanian

Pertanian sering memberi tekanan yang ketara terhadap sumber asli dan alam sekitar. Sebagai contoh, penggunaan racun perosak konvensional boleh menyebabkan kemerosotan alam sekitar dan rintangan perosak.

Biopesticides semakin popular sebagai alternatif yang kurang toksik. Ini adalah organisma atau sebatian semulajadi yang menyekat pertumbuhan dan penyebaran perosak. Sebagai contoh, sebatian organik yang tidak menentu daripada tumbuhan adalah sejenis biopestisid yang telah terbukti membolehkan pengurangan penggunaan racun serangga sintetik untuk menguruskan perosak dalam bijirin makanan yang disimpan.

Oleh itu, GLV juga boleh menjadi biopestisid yang berkesan dalam pertanian. Satu kajian telah menunjukkan bahawa GLV boleh menarik perosak tumbuhan, iaitu Apion miniatum kumbang, untuk memberi makan rumpai invasif dan sukar dikawal, Rumex confertus. Di samping itu, kajian lapangan mengenai tumbuhan tembakau liar mendapati bahawa melepaskan GLV boleh menarik musuh herbivor. Kehadiran pesaing herbivor ini bukan sahaja dapat mengawal perosak serangga tetapi juga meningkatkan pengeluaran tumbuhan yang diserang.

Dengan penyelidikan lanjut, kami percaya GLV mempunyai potensi untuk mengawal perosak secara semula jadi dan menyokong pertanian mampan.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Ph.D. Calon dalam Biokimia, University of South Carolina

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.