Investigadores del grupo de investigación interdisciplinario de tecnologías disruptivas y sostenibles para la precisión agrícola (DiSTAP) de la Alianza Singapur-MIT para la investigación y la tecnología (SMART), Empresa de investigación del MIT en Singapur, y sus colaboradores locales del Laboratorio de Ciencias de la Vida Temasek (TLL) y la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), han 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 herbicidas, y puede ser transformador 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 2, Ácido 4-diclorofenoxiacético (2, 4D), que se utilizan ampliamente en la industria agrícola para regular el crecimiento de las plantas y como herbicidas. respectivamente. Métodos actuales para detectar NAA y 2, 4D causa daño a las plantas, y son incapaces de proporcionar información y seguimiento in vivo en tiempo real.

Basado en el concepto de reconocimiento molecular de fase corona (CoPhMoRe), desarrollado por el Strano Lab en SMART DiSTAP y MIT, los nuevos sensores son capaces de detectar la presencia de NAA y 2, 4D en plantas vivas a un ritmo rápido, proporcionando información de la planta en tiempo real, sin causar ningún daño. El equipo ha probado con éxito ambos sensores en varios cultivos cotidianos, incluido el pak choi, Espinacas, y arroz en varios medios de siembra como el suelo, hidropónico, y cultivo 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 revista Sensores ACS , la investigación puede facilitar un uso más eficiente de las auxinas sintéticas en la agricultura y tiene un enorme potencial para avanzar en el estudio de la 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 aerosoles para evitar la floración prematura y la caída de frutos, "dice el investigador principal co-líder de DiSTAP, Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT. "Esta tecnología puede reemplazar los métodos de detección actuales que son laboriosos, destructivo, e inseguro ".

De los dos sensores desarrollados por el equipo de investigación, el 2, El nanosensor 4D también mostró la capacidad de detectar la susceptibilidad a herbicidas, permitiendo a los agricultores y científicos agrícolas descubrir rápidamente cuán vulnerables o resistentes son las diferentes plantas a los herbicidas sin la necesidad de monitorear el crecimiento de cultivos o malezas durante días. "Esto podría ser increíblemente beneficioso para revelar el mecanismo detrás de cómo 2, 4D funciona dentro de las plantas y por qué los cultivos desarrollan resistencia a herbicidas, ", dice el investigador principal de DiSTAP y TLL, 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 Mervin Chun-Yi Ang, un científico investigador en DiSTAP. "Se puede aplicar en una variedad de especies de plantas y medios de plantación, y podría usarse fácilmente en configuraciones comerciales para pruebas rápidas de susceptibilidad a herbicidas, como las granjas urbanas ".

La profesora de NTU Mary Chan-Park Bee Eng dice:"El uso de nanosensores para la detección in planta elimina la necesidad de extensos procesos de extracción y purificación, lo que ahorra tiempo y dinero. También utilizan electrónica 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, sistema de detección óptica, y los algoritmos de procesamiento de imágenes para este estudio fueron realizados 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 llevada a cabo por SMART y apoyada por NRF en el marco de su programa Campus de Excelencia en Investigación y Empresa Tecnológica (CREATE).

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.