Peneliti SMART mengembangkan metode untuk deteksi dini infeksi bakteri pada tanaman
Tech

Peneliti SMART mengembangkan metode untuk deteksi dini infeksi bakteri pada tanaman

Metode berbasis spektroskopi Raman memungkinkan deteksi dini dan kuantifikasi patogen pada tanaman, untuk meningkatkan manajemen penyakit tanaman.

Para peneliti dari Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) Interdisciplinary Research Group (IRG) dari Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), perusahaan riset MIT di Singapura, dan kolaborator lokal mereka dari Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) , telah mengembangkan metode berbasis spektroskopi Raman yang cepat untuk mendeteksi dan mengukur infeksi bakteri awal pada tanaman. Biomarker spektral Raman dan algoritme diagnostik memungkinkan diagnosis noninvasif dan dini infeksi bakteri pada tanaman tanaman, yang dapat menjadi penting untuk kemajuan pengelolaan penyakit tanaman dan produktivitas pertanian.

Gambar: Deteksi cepat infeksi bakteri (Xanthomonas campestris pv. Campestris (Xcc)) pada sayuran berdaun choy sum menggunakan algoritma kuantitatif berbasis spektroskopi Raman. Di sebelah kanan, Indeks Respons Infeksi ditampilkan, yang dapat membantu petani untuk mengidentifikasi infeksi dan mengambil tindakan.
Kredit gambar: Aliansi Riset dan Teknologi Singapura-MIT

Karena meningkatnya permintaan akan pasokan dan keamanan pangan global, ada kebutuhan yang meningkat untuk memperbaiki sistem produksi pertanian dan meningkatkan produktivitas tanaman. Secara global, infeksi bakteri patogen pada tanaman merupakan salah satu kontributor utama kehilangan hasil pertanian. Perubahan iklim juga menambah masalah dengan mempercepat penyebaran penyakit tanaman. Oleh karena itu, pengembangan metode untuk deteksi dini tanaman yang terinfeksi patogen penting untuk meningkatkan pengelolaan penyakit tanaman dan mengurangi kehilangan panen.

Terobosan yang dilakukan oleh peneliti SMART dan TLL ini menawarkan metode yang lebih cepat dan akurat untuk mendeteksi infeksi bakteri pada tanaman pada tahap awal, dibandingkan dengan teknik yang ada. Hasil baru muncul dalam makalah berjudul “Deteksi cepat dan kuantifikasi respon kekebalan bawaan tanaman menggunakan spektroskopi Raman” yang diterbitkan dalam jurnal Perbatasan dalam Ilmu Tumbuhan.

“Deteksi dini tanaman yang terinfeksi patogen adalah langkah penting untuk meningkatkan manajemen penyakit tanaman,” kata Chua Nam Hai, kepala peneliti utama DiSTAP, profesor, wakil ketua TLL, dan penulis koresponden. “Ini akan memungkinkan penghapusan beban patogen yang cepat dan selektif dan mengekang penyebaran penyakit lebih lanjut ke tanaman tetangga lainnya.”

Secara tradisional, diagnosis penyakit tanaman melibatkan pemeriksaan visual sederhana tanaman untuk gejala dan tingkat keparahan penyakit. “Metode inspeksi visual seringkali tidak efektif, karena gejala penyakit biasanya hanya muncul pada tahap infeksi yang relatif lebih lambat, ketika beban patogen sudah tinggi dan tindakan reparatif terbatas. Oleh karena itu, diperlukan metode baru untuk deteksi dini infeksi bakteri secara cepat dan dini. Idenya mirip dengan melakukan tes medis untuk mengidentifikasi penyakit manusia pada tahap awal, alih-alih menunggu gejala visual muncul, sehingga intervensi atau pengobatan dini dapat diterapkan, ”kata Profesor MIT Rajeev Ram, yang merupakan peneliti utama DiSTAP. dan co-koresponden penulis di atas kertas.

Sementara teknik yang ada, seperti metode deteksi molekuler saat ini, dapat mendeteksi infeksi bakteri pada tanaman, namun penggunaannya seringkali terbatas. Metode deteksi molekuler sangat bergantung pada ketersediaan sekuens gen spesifik patogen atau antibodi untuk mengidentifikasi infeksi bakteri pada tanaman; implementasinya juga memakan waktu dan tidak dapat disesuaikan untuk aplikasi lapangan di lokasi karena biaya tinggi dan peralatan besar yang dibutuhkan, sehingga tidak praktis untuk digunakan di lahan pertanian.

“Di DiSTAP, kami telah mengembangkan algoritme berbasis spektroskopi Raman kuantitatif yang dapat membantu petani mengidentifikasi infeksi bakteri dengan cepat. Algoritma diagnostik yang dikembangkan memanfaatkan biomarker spektral Raman dan dapat dengan mudah diimplementasikan dalam komputasi berbasis cloud dan platform prediksi. Ini lebih efektif daripada teknik yang ada karena memungkinkan identifikasi yang akurat dan deteksi dini infeksi bakteri, yang keduanya sangat penting untuk menyelamatkan tanaman yang jika tidak akan dihancurkan, ”jelas Gajendra Pratap Singh, direktur ilmiah dan peneliti utama di DiSTAP dan co- penulis utama.

Sistem Raman portabel dapat digunakan di pertanian dan memberi petani respons ya-atau-tidak yang akurat dan sederhana saat digunakan untuk menguji adanya infeksi bakteri pada tanaman. Pengembangan metode cepat dan non-invasif ini dapat meningkatkan pengelolaan penyakit tanaman dan memiliki dampak transformatif pada pertanian pertanian dengan secara efisien mengurangi kehilangan hasil pertanian dan meningkatkan produktivitas.

“Menggunakan metode algoritma diagnostik, kami bereksperimen pada beberapa tanaman yang dapat dimakan seperti choy sum,” kata peneliti utama DiSTAP dan TLL dan penulis koresponden Rajani Sarojam. “Hasilnya menunjukkan bahwa metode berbasis spektroskopi Raman dapat dengan cepat mendeteksi dan mengukur respons kekebalan bawaan pada tanaman yang terinfeksi bakteri patogen. Kami percaya bahwa teknologi ini akan bermanfaat bagi pertanian pertanian untuk meningkatkan produktivitas mereka dengan mengurangi kehilangan hasil karena penyakit tanaman.”

Para peneliti saat ini sedang mengerjakan pengembangan spektrometer Raman portabel atau genggam dengan throughput tinggi yang dibuat khusus yang akan memungkinkan analisis spektral Raman dilakukan dengan cepat dan mudah pada tanaman yang ditanam di lapangan.

SMART dan TLL mengembangkan dan menemukan algoritma diagnostik dan biomarker spektral Raman. TLL juga mengkonfirmasi dan memvalidasi metode deteksi melalui tanaman mutan. Penelitian ini dilakukan oleh SMART dan didukung oleh National Research Foundation of Singapore di bawah program Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).

SMART didirikan oleh MIT dan NRF pada tahun 2007. Entitas pertama di CREATE yang dikembangkan oleh NRF, SMART berfungsi sebagai pusat intelektual dan inovasi untuk interaksi penelitian antara MIT dan Singapura, melakukan proyek penelitian mutakhir di bidang yang diminati baik Singapura maupun Singapura. MIT. SMART saat ini terdiri dari Innovation Center dan lima IRG: Antimicrobial Resistance, Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine, DiSTAP, Future Urban Mobility, dan Low Energy Electronic Systems. Penelitian SMART didanai oleh NRF di bawah program CREATE.

Dipimpin oleh Profesor Michael Strano dari MIT dan Profesor Chua Nam Hai dari Temasek Lifesciences Laboratory, program DiSTAP mengatasi masalah mendalam dalam produksi pangan di Singapura dan dunia dengan mengembangkan serangkaian teknologi analitik, genetik, dan biomaterial yang berdampak dan baru. Tujuannya adalah untuk mengubah secara mendasar bagaimana jalur biosintetik tanaman ditemukan, dipantau, direkayasa, dan akhirnya diterjemahkan untuk memenuhi permintaan global akan makanan dan nutrisi. Para ilmuwan dari MIT, TTL, Nanyang Technological University, dan National University of Singapore secara kolaboratif mengembangkan alat baru untuk pengukuran berkelanjutan dari metabolit dan hormon tanaman penting untuk penemuan baru, pemahaman yang lebih dalam dan kontrol jalur biosintetik tanaman dengan cara yang belum mungkin dilakukan, terutama di konteks sayuran berdaun hijau; memanfaatkan teknik-teknik baru ini untuk merekayasa tanaman dengan sifat yang sangat diinginkan untuk ketahanan pangan global, termasuk produksi kepadatan hasil tinggi, dan ketahanan terhadap kekeringan dan patogen; dan menerapkan teknologi ini untuk meningkatkan pertanian perkotaan.

Ditulis oleh Singapore-MIT Alliance for Research and Technology

Sumber: Institut Teknologi Massachusetts



Posted By : pengeluaran hk hari ini