Pesquisadores Projetam Sensores para Identificar Rapidamente Agentes Hormonais Vegetais

Cientistas da equipa de estudo de pesquisa interdisciplinar de Tecnologias Disruptivas e Sustentáveis ​​para Precisão Agrícola (DiSTAP) da Aliança de Cingapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia (SMART), empresa de estudo de pesquisa do MIT em Cingapura e os seus parceiros locais do Laboratório de Ciências da Vida de Temasek (TLL) e A Nanyang Technological University (NTU) desenvolveu o primeiro nanossensor para permitir o teste rápido de hormonas vegetais de auxina artificial. Os nanossensores exclusivos são mais seguros e menos trabalhosos do que os métodos existentes para testar a resposta das plantas a substâncias como herbicidas. Eles podem ser transformadores na melhoria da produção agrícola e na nossa compreensão do crescimento das plantas.

Os pesquisadores criaram sensores para duas hormonas vegetais, ácido 1-naftaleno acético (NAA) e ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4 D), amplamente utilizados na indústria agrícola para regular o crescimento das plantas e também como herbicidas, respetivamente. Os métodos atuais para encontrar NAA e 2,4-D danificam as plantas e são incapazes de fornecer monitoramento e informações in vivo em tempo real.

O sensor desenvolvido pode identificar a existência de NAA e 2,4-D em plantas vivas num ritmo acelerado, dando informações da planta em tempo real sem prejudicá-la. O sensor foi desenvolvido com base no conceito de reconhecimento molecular de fase corona (CoPhMoRe) liderado pelo Strano Lab no SMART DiSTAP e MIT. A equipa testou com sucesso os sensores em várias culturas comuns, como espinafre, pak choi e arroz em diferentes meios de plantio, como solo, hidroponia e cultura de tecidos vegetais.

O estudo pode facilitar o uso muito mais eficiente de auxinas sintéticas na agricultura e possui potencial significativo para o avanço da pesquisa em biologia vegetal, conforme explicado num artigo intitulado “Deteção de Nanosensores de Auxinas Sintéticas em Planta usando Reconhecimento Molecular de Fase Corona” publicado em ACS Sensors.

“Nossa técnica CoPhMoRe foi anteriormente utilizada para detetar compostos como peróxido de hidrogênio e contaminantes de metais pesados ​​como o arsénico, mas esta é a primeira instância bem-sucedida de sensores CoPhMoRe desenvolvidos para detetar fitohormônios vegetais que regulam o crescimento das plantas e também a fisiologia, como sprays para prevenir a floração prematura e a produção de frutas”, disse o co-principal investigador principal do DiSTAP, Michael Strano, o professor de Engenharia Química do Carbon P. Dubbs no MIT. “Esta tecnologia pode substituir os métodos de deteção avançados existentes que são cansativos, destrutivos e perigosos.”

De ambas as unidades de deteção criadas pela equipa de pesquisa, o nanosensor 2,4 D também revelou a capacidade de detetar a suscetibilidade a herbicidas, permitindo que agricultores e cientistas agrícolas aprendessem rapidamente o quão vulneráveis ​​ou resistentes diferentes plantas são a herbicidas, sem a necessidade de observar o crescimento da planta ou da erva daninha ao longo dos dias. “Isso pode ser extremamente benéfico ao revelar o mecanismo por trás de como o 2,4 D funciona dentro das plantas, bem como o porquê das safras aumentarem a resistência aos herbicidas”, afirma DiSTAP e o investigador principal da TLL, Rajani Sarojam.

” O nosso estudo pode ajudar a indústria a acumular uma compreensão melhorada da dinâmica de crescimento das plantas e pode alterar completamente como a indústria analisa a resistência a herbicidas, eliminando a necessidade de observar o crescimento da cultura ou das ervas daninhas ao longo dos dias”, afirma Mervin Chun-Yi Ang, um cientista pesquisador da DiSTAP. “Ele pode ser aplicado a uma ampla variedade de espécies de plantas e também a meios de plantio, e consegue ser facilmente utilizado em instalações comerciais para testes rápidos de sensibilidade a herbicidas, como fazendas urbanas.”

A professora da NTU, Mary Chan-Park Bee Eng, afirma: “A utilização de nanosensores para deteção in planta descarta a necessidade de processos extensivos de extração e filtração, o que economiza tempo e dinheiro. Eles também usam eletrônicos de custo extremamente baixo, o que os torna facilmente adaptáveis ​​para configurações comerciais. ”

A equipa diz que o seu estudo pode levar ao avanço futuro de nanossensores em tempo real para outras hormonas vegetais dinâmicos e metabólitos em plantas vivas.

O desenvolvimento do nanossensor, sistema de deteção ótica e algoritmos de processamento de imagem para este estudo foi feito pela SMART, NTU e MIT. Em simultâneo, TLL validou os nanossensores e forneceu uma compreensão da biologia vegetal e dos mecanismos de sinalização de plantas. O estudo é realizado pela SMART e sustentado pela NRF no âmbito do programa Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).

Originalmente publicado no MIT NEWS. Leia o artigo original.

Referência:  Mervin Chun-Yi Ang et al, Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition,  ACS Sensors  (2021). DOI: 10.1021 / acssensors.1c01022