SMART研究人员开发了一种早期检测作物细菌感染的方法

基于拉曼光谱的方法能够对植物中的病原体进行早期检测和量化，以加强植物病害管理。

　　

来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟(Singapore-MIT Alliance for Research and Technology, SMART)的农业精准破坏性与可持续技术(DiSTAP)跨学科研究小组(IRG)的研究人员，以及麻省理工学院在新加坡的研究企业淡马锡生命科学实验室(Temasek Life Sciences Laboratory, TLL)的当地合作者，开发了一种基于拉曼光谱的快速检测和定量作物早期细菌感染的方法。拉曼光谱生物标记物和诊断算法实现了对作物细菌感染的无创早期诊断，这对植物病害管理和农业生产力的进展至关重要。

由于对全球粮食供应和安全的需求日益增加，改善农业生产系统和提高作物生产率的需求也越来越大。在全球范围内，作物中病原菌感染是造成农业产量损失的主要原因之一。气候变化加速了植物疾病的传播，也加剧了这个问题。因此，开发快速、早期检测病原菌侵染作物的方法对改善作物病害管理和减少作物损失具有重要意义。

与现有技术相比，SMART和TLL研究人员的突破提供了一种更快速、更准确的方法，可以在较早的阶段检测作物中的细菌感染。这一新的研究结果发表在《植物科学前沿》杂志上题为《利用拉曼光谱快速检测和定量植物固有免疫反应》的论文中。

DiSTAP联合首席研究员、教授、TLL副主席和共同通讯作者Chua Nam Hai说:“早期发现被病原体感染的作物是改善植物病害管理的重要一步。”“这将允许快速和有选择性地清除病原体，并遏制疾病进一步传播到其他邻近作物。”

传统上，植物疾病诊断包括简单的肉眼检查植物的疾病症状和严重程度。“目测方法往往是无效的，因为疾病症状通常只在感染的相对较晚阶段才出现，此时病原体载量已经很高，补救措施有限。因此，需要新的方法来快速和早期检测细菌感染。想法将类似于有医疗测试来识别人类疾病在早期阶段,而不是等待视觉症状显示,以便早期干预或治疗可以应用,”麻省理工学院的教授Rajeev Ram说DiSTAP首席研究员和共同通讯作者在纸上。

虽然现有的技术，如目前的分子检测方法，可以检测植物中的细菌感染，但它们的应用往往受到限制。分子检测方法在很大程度上依赖于病原体特异性基因序列或抗体的可用性来识别作物中的细菌感染;由于成本高、设备笨重，该技术的实施也很耗时，不适合现场应用，不适合在农业农场中使用。

“在DiSTAP，我们开发了一种基于定量拉曼光谱的算法，可以帮助农民快速识别细菌感染。开发的诊断算法利用了拉曼光谱生物标志物，可以很容易地在基于云的计算和预测平台上实现。它比现有的技术更有效，因为它能够准确识别和早期检测细菌感染，这两者对于拯救可能被摧毁的作物植物至关重要，”DiSTAP的科学主任兼首席研究员、共同第一作者Gajendra Pratap Singh解释说。

便携式拉曼系统可用于农场，当用于检测作物中是否存在细菌感染时，为农民提供一个准确而简单的是或否反应。这种快速、无创的方法的发展可以改善植物病害管理，并通过有效减少农业产量损失和提高生产力，对农业农场产生变革性影响。

“使用诊断算法方法，我们对几种食用植物进行了实验，比如菜心，”DiSTAP和TLL首席研究员、共同通讯作者Rajani Sarojam说。结果表明，基于拉曼光谱的方法可以快速检测和量化感染病原菌的植物的先天免疫反应。我们相信，这项技术将有助于农业农场通过减少作物疾病造成的产量损失来提高生产力。”

研究人员目前正在开发高通量、定制的便携式或手持拉曼光谱仪，这将使拉曼光谱分析能够快速、容易地在田间作物上进行。

SMART和TLL开发并发现了诊断算法和拉曼光谱生物标志物。TLL也通过突变植株验证了检测方法。该研究由SMART进行，并由新加坡国家研究基金会在其卓越研究和技术企业校园(CREATE)项目下支持。

SMART是由麻省理工学院和NRF在2007年建立的。作为由NRF开发的CREATE中的第一个实体，SMART作为麻省理工学院和新加坡之间的研究互动的智力和创新中心，承担新加坡和麻省理工学院感兴趣领域的前沿研究项目。SMART目前由一个创新中心和五个irg组成:抗菌素耐药性、制造个性化医疗的关键分析、DiSTAP、未来城市移动和低能量电子系统。SMART研究由NRF在CREATE项目下资助。

DiSTAP项目由麻省理工学院的Michael Strano教授和淡马锡生命科学实验室的Chua Nam Hai教授领导，通过开发一系列有影响力和新颖的分析、遗传和生物材料技术，解决新加坡和世界粮食生产中的深层次问题。其目标是从根本上改变植物生物合成途径的发现、监测、工程，并最终转化为满足全球对食物和营养的需求。来自麻省理工学院、TTL大学、南洋理工大学和新加坡国立大学的科学家正在合作开发新的工具，用于连续测量重要的植物代谢产物和激素，以新的发现，以尚未可能的方式深入了解和控制植物生物合成途径，特别是在绿叶蔬菜方面;利用这些新技术，设计具有全球粮食安全所需特性的植物，包括高产密度生产、抗旱和抗病性;并应用这些技术来改善城市农业。