Odbudowa „systemów odpornościowych” upraw w obliczu zmian klimatycznych - najnowsze badania zespołu profesora Duana z Uniwersytetu Rolniczego w Nankinie nagrodzone nagrodą Bioland SCI Paper Award!

W obliczu nasilających się globalnych zmian klimatu i stale rosnącego stężenia CO₂ w atmosferze, produkcja rolna stoi w obliczu bezprecedensowych wyzwań. Środowisko wzrostu upraw, wzorce występowania szkodników oraz interakcje między uprawami a owadami ulegają głębokim zmianom. W tym kontekście, kwestia wzmocnienia zdolności obronnych samych upraw oraz zbudowania zielonego i zrównoważonego systemu zwalczania szkodników i chorób stała się ważnym kierunkiem badań w dziedzinie ochrony roślin.

Niedawno zespół profesora Duana z Wydziału Ochrony Roślin Uniwersytetu Rolniczego w Nankinie opublikował najnowsze wyniki swoich badań w uznanym na całym świecie czasopiśmie Plant, Cell & Environment: Inhibitory egzogenne zwiększają odporność roślin na skoczki ryżowe poprzez wzmocnienie szlaku fenylopropanoidowego w warunkach podwyższonego stężenia CO₂W niniejszym badaniu systematycznie ujawniono molekularny mechanizm zwiększania odporności ryżu na mszyce brunatne poprzez regulację szlaku metabolicznego fenylopropanoidów w warunkach podwyższonego stężenia CO₂, co stanowi ważną podstawę naukową do zajęcia się przyszłymi zmianami klimatu.

🏆 Wynik tego badania zdobył nagrodę Nagroda Bioland SCI Paper Award, w pełni demonstrując jego wartość akademicką i perspektywy zastosowania.

01 Najważniejsze informacje z badań

Podłoże badawcze | Problemy ze szkodnikami i chorobami ulegają „wzmocnieniu” w erze wysokiego stężenia CO₂

W ostatnich latach stężenie CO₂ w atmosferze wzrosło z 280 ppm przed rewolucją przemysłową do ponad 420 ppm i oczekuje się, że do końca tego stulecia przekroczy 700 ppm. Wiele badań wykazało, że:
🌿 Wysoki poziom CO₂ może wspomagać fotosyntezę upraw
⚖ Jednocześnie prowadzi to do zaburzenia równowagi w stosunku węgla do azotu
🐜 Zwiększa się ilość żerowania szkodników kłująco-ssących (takich jak mszyce brązowe)
❗ Zamiast tego spada odporność upraw na owady

Szczególnie w system skoczka ryżowo-brązowegoszkody znacznie wzrosły w warunkach wysokiego stężenia CO₂, co poważnie zagraża bezpieczeństwu żywnościowemu.

👉 Oznacza to, że tradycyjna logika zapobiegania i kontroli nie jest już w stanie dostosować się do przyszłego środowiska rolniczego i musimy zacząć od mechanizmów obronnych samych upraw.

Pomysł badawczy | Od „inhibicji enzymów” do odbudowy systemu obronnego roślin uprawnych

Zespół profesora Duana skoncentrował swoje badania na kluczowym szlaku metabolicznym roślin – szlaku fenylopropanoidowym. Szlak ten jest ważnym źródłem syntezy różnorodnych substancji obronnych roślin, w tym:
• Kwasy fenolowe
• Lignina
• Flawanoidy
• Antyoksydanty

Zespół badawczy wprowadził innowacyjne rozwiązania w postaci dwóch inhibitorów małocząsteczkowych:

👉 Poprzez „hamowanie kluczowych enzymów → zmianę kierunku metabolizmu” zespół naukowców skłonił rośliny do syntezy większej ilości substancji o działaniu odpornym na owady.

Główne ustalenie 1 | Reakcja obronna jest znacząco wzmocniona przy wysokim stężeniu CO₂

W badaniu przyjęto dwa warunki w symulowanym środowisku:
🌿 Normalny poziom CO₂ (400 ppm)
🌿 Podwyższone stężenie CO₂ (800 ppm)

Wyniki pokazały, że:
✅ W warunkach wysokiego stężenia CO₂
✅ Po leczeniu PA i MDCA
✅ Reakcja obronna ryżu została znacząco wzmocniona

Objawia się jako:
• Akumulacja dużej ilości ROS (reaktywnych form tlenu)
• Szybka aktywacja sygnałów obronnych
• „Wzmocniona aktywacja” szlaków metabolicznych odpornych na owady

Oznacza to, że wysoki poziom CO₂ nie tylko „osłabia odporność”, ale może zostać przekształcony w zaletę obronną poprzez rozsądną regulację.

Główne ustalenie 2 | Kluczowe substancje odporne na owady znacząco zwiększają

W badaniu wykryto także szereg kwasów fenolowych o działaniu odstraszającym owady i stwierdzono, że ich poziom znacząco wzrósł po zastosowaniu preparatu:
• Kwas wanilinowy
• Kwas galusowy
• Kwas protokatechowy
• Kwas pirokatechowy

📈 W warunkach wysokiego stężenia CO₂ wzrost zawartości powyższych substancji był szczególnie widoczny.

Udowodniono, że substancje te:
• Mają silne działanie antyfidancyjne
• Hamuje zachowania żerowania u skoczków brunatnych
• Znacznie zmniejszają wskaźnik przeżywalności

👉 Są kluczowymi członkami „naturalnego systemu obronnego” ryżu.

Główne ustalenie 3 | Budowanie kompletnego łańcucha dowodowego od zachowania do cząsteczek

Badanie to nie tylko koncentruje się na „poziomie zjawiska”, ale także tworzy kompletny, wielowarstwowy system weryfikacji:
Poziom behawioralny: Elektropenetrografia (EPG) wykazała, że ​​czas żerowania mszyc brunatnych uległ znacznemu skróceniu
🧬Poziom fizjologiczny: Aktywność ROS i PAL znacznie wzrosła, a ekspresja genów obronnych uległa wzmocnieniu
🧪Poziom biochemiczny: Aktywność enzymów detoksykujących szkodniki była zwiększona, co wskazuje na wyraźny stres fizjologiczny
🧠Poziom molekularny: Dokowanie molekularne potwierdziło, że kwasy fenolowe mogą bezpośrednio oddziaływać na kluczowe enzymy detoksykacyjne szkodników

👉 Wielowymiarowe dowody jednoznacznie wskazują, że ten mechanizm obronny jest prawdziwy, stabilny i powtarzalny.

Za osiągnięciami naukowymi: podwójne zwycięstwo zespołu i marki
• Profesor Duan z Uniwersytetu Rolniczego w Nankinie
• Użyty produkt: Płytka 96-dołkowa (nr kat.: PCR001-96)
• Czasopismo przesłane do: Roślina, komórka i środowisko
• Współczynnik wpływu: JEŻELI = 6,3
• Otrzymana nagroda: Karta podarunkowa 1000 JD.com