por la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología
Investigadores del Grupo de Investigación Interdisciplinaria (IRG) de Tecnologías Disruptivas y Sostenibles para la Precisión Agrícola (DiSTAP) de la Alianza de Investigación y Tecnología de Singapur-MIT (SMART), la empresa de investigación del MIT en Singapur y sus colaboradores locales del Laboratorio de Ciencias de la Vida de Temasek (TLL) y La Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) ha desarrollado el primer nanosensor que permite realizar pruebas rápidas de hormonas vegetales de auxina sintética. Los nuevos nanosensores son más seguros y menos tediosos que las técnicas existentes para probar la respuesta de las plantas a compuestos como los herbicidas, y pueden ser transformadores para mejorar la producción agrícola y nuestra comprensión del crecimiento de las plantas.
Los científicos diseñaron sensores para dos hormonas vegetales, ácido 1-naftaleno acético (NAA) y ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4D), que se utilizan ampliamente en la industria agrícola para regular el crecimiento de las plantas y como herbicidas, respectivamente. Los métodos actuales para detectar NAA y 2,4D causan daños a las plantas y no pueden proporcionar información y seguimiento in vivo en tiempo real.
Basados en el concepto de reconocimiento molecular en fase corona (CoPhMoRe) iniciado por el Strano Lab en SMART DiSTAP y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), los nuevos sensores pueden detectar la presencia de NAA y 2,4D en plantas vivas rápidamente. ritmo, proporcionando información de la planta en tiempo real, sin causar ningún daño. El equipo ha probado con éxito ambos sensores en una serie de cultivos cotidianos, incluidos el pak choi, la espinaca y el arroz en varios medios de siembra, como suelo, cultivo hidropónico y de tejidos vegetales.
Explicado en un artículo titulado «Detección de nanosensores de auxinas sintéticas en planta usando el reconocimiento molecular de fase corona» publicado en la prestigiosa revista ACS Sensors, la investigación puede facilitar un uso más eficiente de auxinas sintéticas en la agricultura y tiene un enorme potencial para avanzar en el estudio de biología vegetal.
«Nuestra técnica CoPhMoRe se ha utilizado anteriormente para detectar compuestos como el peróxido de hidrógeno y contaminantes de metales pesados como el arsénico, pero este es el primer caso exitoso de sensores CoPhMoRe desarrollados para detectar fitohormonas vegetales que regulan el crecimiento y la fisiología de las plantas, como los aerosoles para prevenir floración prematura y caída de frutos «, dice el co-líder investigador principal de DiSTAP, el profesor Michael Strano y el profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT, quien dirige The Strano Lab en el MIT. «Esta tecnología puede reemplazar los métodos de detección de última generación que son laboriosos, destructivos e inseguros».
De los dos sensores desarrollados por el equipo de investigación, el nanosensor 2,4D también mostró la capacidad de detectar la susceptibilidad a los herbicidas, lo que permitió a los agricultores y científicos agrícolas descubrir rápidamente qué tan vulnerables o resistentes son las diferentes plantas a los herbicidas sin la necesidad de monitorear el cultivo o la maleza. crecimiento durante días. «Esto podría ser increíblemente beneficioso para revelar el mecanismo detrás de cómo funciona el 2,4D dentro de las plantas y por qué los cultivos desarrollan resistencia a los herbicidas», dice DiSTAP y el investigador principal de TLL, el Dr. Rajani Sarojam.
«Nuestra investigación puede ayudar a la industria a comprender mejor la dinámica de crecimiento de las plantas y tiene el potencial de cambiar completamente la forma en que la industria detecta la resistencia a los herbicidas, eliminando la necesidad de monitorear el crecimiento de cultivos o malezas durante días», dice el Dr. Mervin Chun-Yi Ang, científico investigador de DiSTAP. «Se puede aplicar en una variedad de especies de plantas y medios de siembra, y podría usarse fácilmente en configuraciones comerciales para pruebas rápidas de susceptibilidad a herbicidas, como granjas urbanas».
La profesora de NTU Mary Chan-Park Bee Eng dice: «El uso de nanosensores para la detección en planta elimina la necesidad de procesos extensos de extracción y purificación, lo que ahorra tiempo y dinero. También utilizan dispositivos electrónicos de muy bajo costo, lo que los hace fácilmente adaptables para configuraciones comerciales . «
El equipo dice que su investigación puede conducir al desarrollo futuro de nanosensores en tiempo real para otras hormonas y metabolitos vegetales dinámicos también en plantas vivas .
El desarrollo del nanosensor, el sistema de detección óptica y los algoritmos de procesamiento de imágenes para este estudio fue realizado por SMART, NTU y MIT, mientras que TLL validó los nanosensores y proporcionó conocimientos sobre biología vegetal y mecanismos de señalización de plantas. La investigación es realizada por SMART y apoyada por NRF en el marco de su programa Campus de Excelencia en Investigación y Empresa Tecnológica (CREATE).
