Πώς τα φυσικά εκχυλίσματα ενεργοποιούν την άμυνα κατά των παθογόνων στα φυτά της τομάτας
Η ντομάτα είναι μια πολύτιμη καλλιέργεια από γεωπονική άποψη σε πολλές χώρες, είτε καλλιεργείται σε χωράφια είτε σε θερμοκήπια και ως εκ τούτου έχει εκτραφεί και βελτιωθεί γενετικά εδώ και αιώνες. Ωστόσο, παραμένει ευάλωτο σε ασθένειες, με αποτέλεσμα να απαιτείται η χρήση χημικών φυτοφαρμάκων, κυρίως σε θερμοκήπια. Από την άλλη πλευρά, είναι ζωτικής σημασίας να μειωθεί η χρήση μη φιλικών προς το περιβάλλον φυτοχημικών και να προτιμηθούν λιγότερο επιβλαβή εργαλεία για την καταπολέμηση των παθογόνων παραγόντων.
Τα φυτά ανταποκρίνονται στα παθογόνα μέσω επεξεργασμένων μηχανισμών. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτές οι αποκρίσεις μπορεί να οδηγήσουν σε αντίσταση. Εκτός από τις συστατικές άμυνες, οι φυτικοί ιστοί μπορούν να εξουδετερώσουν την επίθεση παθογόνων μέσω επαγώγιμων αποκρίσεων (Frost et al. 2008). Αυτά απαιτούν τη συγκεκριμένη αναγνώριση του επιτιθέμενου, ο οποίος με τη σειρά του πυροδοτεί μια πολυεπίπεδη άμυνα (Dangl et al. 2013) που μπορεί να οδηγήσει σε αντίσταση. Εάν το φυτό δεν είναι σε θέση να αναγνωρίσει το παθογόνο, δεν θα ενεργοποιήσει τον μηχανισμό αντίστασης. Διαφορετικοί παράγοντες εμπλέκονται σε αυτό το φαινόμενο και συγκεκριμένα φυτοορμόνες, όπως το σαλικυλικό οξύ (SA) και το ιασμονικό οξύ (JA) (Dangl et al. 2013), μικρά μόρια σηματοδότησης, πρωτεΐνες, ένζυμα και προστατευτικά μόρια (για παράδειγμα:αντιδραστικά είδη οξυγόνου, συστατικό κυτταρικού τοιχώματος καλλόζη και πρωτεΐνες που σχετίζονται με παθογένεια, PR· Borges and Sandalio 2015· Dangl et al. 2013). Η τελευταία σχηματίζει μια ετερογενή ομάδα πρωτεϊνών (17 μέλη) με συγκεκριμένες δυνατότητες και συστήματα (Sels et al. 2008).
Η πρόσφατη έρευνά μας περιέγραψε την επίδραση των εκχυλισμάτων που λαμβάνονται από φυτά ευρέως διαδεδομένα και εύκολα να βρεθούν, γνωστά επίσης για τα αντιμικροβιακά τους αποτελέσματα, στην ενεργοποίηση της άμυνας των φυτών έναντι των παθογόνων. Υδατικά εκχυλίσματα καυτερής πιπεριάς «Rocoto», άγριας σκόνης και αιθανολικά εκχυλίσματα σκόνης γαρύφαλλου ψεκάστηκαν σε φυτά τομάτας και αξιολογήθηκε η ικανότητά τους να ενεργοποιούν άμυνες έναντι των παθογόνων μέσω πολλών πειραμάτων.
Η ποσοτικοποίηση του mRNA (PCR σε πραγματικό χρόνο) αποκάλυψε ότι το επίπεδο έκφρασης διαφορετικών αμυντικών γονιδίων (πρωτεΐνες PR) αυξήθηκε για αρκετές ώρες μετά την επεξεργασία με τα φυτικά εκχυλίσματα, με το γαρύφαλλο και το άγριο σιρόπι να είναι οι ισχυρότερες διεγερτικές λύσεις. Αυτό υποδηλώνει ότι με την επεξεργασία με τα φυτικά εκχυλίσματα μπορεί κανείς να ενεργοποιήσει το σύστημα μοριακής άμυνας ακόμα κι αν το φυτό δεν έχει αναγνωρίσει το παθογόνο. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτό το διεγερτικό αποτέλεσμα θα μπορούσε επίσης να αναπαραχθεί, ελαφρώς να ενισχυθεί, σε φυτά τομάτας μετά από μια δεύτερη επεξεργασία, 15 ημέρες μετά την πρώτη, υποδηλώνοντας έτσι ότι οι επαναλαμβανόμενες επεξεργασίες θα μπορούσαν να ενισχύσουν την άμυνα των φυτών και να κρατήσουν το φυτό σε εγρήγορση έναντι νέων επιθέσεων.
Περαιτέρω αναλύσεις υποδεικνύουν ότι τα φυτικά μας εκχυλίσματα όχι μόνο ενεργοποιούν τις άμυνες πρώτης γραμμής, όπως οι πρωτεΐνες PR (που εργάζονται άμεσα ενάντια στα παθογόνα), αλλά και βασικούς ρυθμιστές της αντοχής των φυτών, όπως αυτοί που ανήκουν στην ομάδα MAPK (MAPK2 και MAPK7; Stulemeijer et al. 2007 Kong et al. 2012) που εμπλέκονται στη συντονιστική ρύθμιση των μηχανισμών αντίστασης. Και τα δύο γονίδια που κωδικοποιούν MAPK φάνηκε να ενεργοποιούνται κατά την επεξεργασία με εκχυλίσματα πιπεριού, ρουζ και γαρύφαλλου. Πρόσθετες αναλύσεις έδειξαν ότι τα φυτικά εκχυλίσματα που χρησιμοποιούνται είναι ικανά να ενεργοποιούν μονοπάτια σηματοδότησης που εξαρτώνται από SA και ανεξάρτητα, επιβεβαιώνοντας έτσι ότι αυτά τα φυτικά εκχυλίσματα δρουν ως αμυντικοί παράγοντες εκκίνησης.
Για να εκτιμηθεί εάν τα τρία φυτικά εκχυλίσματα είναι ικανά να προκαλέσουν μια υπερευαίσθητη αντίδραση (μια τυπική νεκρωτική αντίδραση που παρατηρείται σε φυτά ανθεκτικά στα παθογόνα), τα φύλλα ντομάτας και καπνού (μοντέλο φυτού για πειράματα διήθησης) διεισδύθηκαν με εκχυλίσματα πιπεριού, άγριου ρουά και γαρύφαλλου χρησιμοποιώντας μια σύριγγα. Οι αλλαγές του φαινοτύπου των φύλλων ελέγχθηκαν 1 ή 2 ημέρες αργότερα. Στον καπνό, νεκρωτικές περιοχές που σχετίζονται με την αντίδραση υπερευαισθησίας εμφανίστηκαν 24 και 48 ώρες μετά από κάθε θεραπεία. Τα πιο ισχυρά νεκρωτικά σημάδια προκλήθηκαν με εκχύλισμα γαρύφαλλου, σε κάθε χρονικό σημείο. Ολόκληρη η περιοχή διήθησης φαινόταν νεκρωτική και ημιδιαφανής με συνοδό κυτταρικό θάνατο. Το πιπέρι και τα εκχυλίσματα άγριας φυλής προκάλεσαν νεκρωτικές βλάβες, ωστόσο σε μικρότερο μέγεθος και ιδιαίτερα στις 48 ώρες. Δεν παρατηρήθηκαν ποτέ αποτελέσματα σε φυτά αρνητικού μάρτυρα, διεισδυμένα με νερό.
Αυτά τα απλά εκχυλίσματα προέρχονται από φυτά αρκετά διαδεδομένα, με χαμηλό κόστος και είναι ευρέως αναγνωρισμένα για αντιμικροβιακή δράση. Επομένως αυτά τα εκχυλίσματα συνδυάζουν πολυάριθμες δυνατότητες (αντιμικροβιακή δράση, πρόκληση αντοχής, ανύπαρκτη τοξικότητα για το περιβάλλον) όπως φαίνεται από διάφορες μελέτες. Κατά συνέπεια, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φυτοπροστατευτικά μόρια στη μάχη κατά των παθογόνων για την προστασία των χρήσιμων καλλιεργειών.
Επιπλέον, αυτά τα εκχυλίσματα δεν αποτελούν κίνδυνο για το περιβάλλον ή τον αγρότη και χάρη στη χαμηλή τους τιμή μπορούν να μειώσουν τα γεωργικά έξοδα, ειδικά στις αναπτυσσόμενες χώρες.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο πρόσφατα δημοσιευμένο άρθρο με τίτλο Φυσικά εκχυλίσματα από πιπέρι, άγρια σκιά και γαρύφαλλο μπορούν να ενεργοποιήσουν την άμυνα έναντι των παθογόνων στα φυτά της τομάτας, στο περιοδικό European Journal of Plant Pathology. Επικεφαλής αυτής της δουλειάς ήταν οι Ines Malo, Morena De Bastiani, Pablo Arevalo &Giovanni Bernacchia από Universidad Politécnica Salesiana και Università di Ferrara.
