Дослідник використовує автоматизовану технологію візуалізації для швидкого виявлення руйнівних шкідників сої

Доцент кафедри нематології рослин Лей Чжан шукає аскарид, які переносяться ґрунтом і називаються соєвими цистоподібними нематодами (SCN). Вчений не може побачити мікроскопічного паразита своїми очима, але технологія, доступна в Ag Alumni Seed Phenotyping Facility (AAPF) у Пердью, може це зробити.

Завдяки грантовій підтримці Індіанського соєвого альянсу Чжан і аспірант Віджай Кунвар у колаборації з командою AAPF і професором агрономії Цзяньсінь Ма та кафедрою поліпшення сої Індіанського соєвого альянсу працюють над розробкою методів раннього та швидкого виявлення SCN-інфекції коренів сої з використанням двох передових технологій візуалізації: гіперспектрального зображення та флуоресцентного зображення хлорофілу.

Зусилля команди виявити інфекції коренів сої за допомогою SCN можуть раніше та швидше допомогти знизити руйнівну шкоду, завдану цим паразитом посівам сої, сприяючи стійкості до розмноження культури.

Нематоди складають велике і різноманітне сімейство круглих червів, деякі з яких паразитують у рослинах, тваринах і людині.

“Ми зосереджуємося на нематодах-паразитах рослин”, — каже Чжан, – “SCN, або Heterodera glycines, є одним із понад 4100 таких рослин-паразитичних видів нематод. Нематоди дуже маленькі; ми не можемо бачити їх протягом більшості етапів їхнього життя”.

Ця конкретна нематода, SCN, атакує коріння сої. Вчений пояснює, що SCN є шкідником номер один для сої в США та спричиняє щорічні втрати врожаю сої. Експерти оцінюють збиток в $1,5 млрд. Навіть без явних надземних симптомів SCN може знизити врожайність сої до 30%, запевняє науковець.

“Якщо ви бачите надземні симптоми, виробники мало що можуть зробити протягом вегетаційного періоду”, – зазначає він.

Лабораторія Чжана об’єднала зусилля з діагностичною лабораторією рослин і шкідників Пердью, агропатологом і доцентом кафедри ботаніки та патології рослин Дарсі Теленко та виробниками сої. Мета – обстежити 124 поля Індіани по всьому штату. Вони виявили SCN у кожному зразку ґрунту з різною щільністю.

Виробники сої в Індіані висаджували сорти сої з однаковим джерелом генетичної стійкості проти SCN з лінії впровадження сої (PI) PI 88788. Це відбувалось протягом більше 30 років, тому нематода мала достатньо часу для розвитку. Опитування в Індіані також показало, що понад 80% протестованих популяцій SCN можуть подолати цю стійкість до сої, каже Чжан.

“Отже, існує критична потреба знайти нові джерела стійкості для селекції сої з ефективною стійкістю до вірулентних популяцій SCN”, – вказує вчений.

Для досягнення мети науці потрібні швидші та простіші методи оцінки зараження нематодами рослин сої. Сучасний метод — виділення нематод із ґрунту та коренів сої та їх підрахунок — є складним і трудомістким. У своїй лабораторії Чжан штучно заражає рослини сої, поміщаючи яйця нематод у ґрунт, де вони ростуть. Чекає 30-35 днів, поки нематода розвинеться до дорослих стадій та відстежує її шлях від коренів. Потім підраховує кількість паразитів для точного визначення рівня зараження.

″По суті, за допомогою автоматизованого фенотипування ми намагаємося зробити цей процес швидшим, націлюючись на інфекцію нематодою та виявляючи її раніше, можливо за 10-14 днів після інокуляції нематоди. Інша справа, що фенотипування є неруйнівним”, – каже дослідник, – ″Нам не потрібно зривати рослину та рахувати нематоди″.

Зараження коренів нематодами може негативно вплинути на ефективність фотосинтезу. Флуоресцентне зображення хлорофілу можна використовувати для вимірювання ефективності фотосинтезу листя сої. Гіперспектральне зображення розглядає моделі довжин хвиль і, можливо, випромінювання, пов’язані з інфекцією нематод.

“Ми використовуємо обидва, щоб побачити, який з них працює краще”, — каже Чжан.

Гіперспектральний і флуоресцентний методи візуалізації фокусуються на листі. Ще до того, як кореневі симптоми стають очевидними, паразитарна інфекція знижує фотосинтез.

“Це може бути ледве помітна зміна. Наші очі можуть її не вловити. Але використовуючи такий тип гіперспектральних зображень або флуоресцентну камеру, ми можемо її вловити”, — каже Чжан, – “Грунтуючись на реакції листя, ми намагаємося визначити, чи є інфекція нематоди на коренях сої в ґрунті та рівень зараження”.

Гіперспектральне зображення в феномічному центрі фокусується на різних довжинах хвиль. Певною мірою вони можуть бути пов’язані з інфекцією нематодами. Дослідники вивчають, чи є відображення листя в певних діапазонах довжин хвиль у заражених рослин вищим або нижчим, ніж у контрольних рослин без інфекції.

Команда Чжана може скоротити час, необхідний для виявлення SCN, до 10 днів після інокуляції SCN у контрольованому середовищі. Проєкт триває. Позаяк дослідження є перспективним для виявлення стійкості сої та її селекції. Наступні кроки включають тестування різних рівнів інокулятів нематод, різних сортів сої або ліній розведення.