آزمایش ایستگاه فضایی برای بررسی خطرات بیماری های گیاهی برای ماموریت های آینده ماه و مریخ

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

در حالی که ناسا و شرکای آن برای ماموریت های انسانی طولانی تر فراتر از زمین آماده می شوند، محققان دانشگاه فلوریدا در حال بررسی چالشی هستند که می تواند بر توانایی فضانوردان برای رشد غذای تازه در فضا تأثیر بگذارد: بیماری گیاهی.

تحقیقات دانشگاه MVP-Plant-02 که در 13 اکتبر به ایستگاه فضایی بین‌المللی پرتاب شد، چگونگی واکنش گیاهان به یک عامل بیماری‌زای قارچی گیاهی را در ریزگرانش بررسی خواهد کرد. این تحقیقات به دانشمندان کمک می کند تا تعیین کنند که آیا محیط فضایی سیستم دفاعی گیاه را در برابر بیماری ها تغییر می دهد و می تواند عفونت ها را شدیدتر کند.

این تحقیق که توسط محققان UF/IFAS، اندرو سی. شوئرگر، دکترا، رابرت فرل، دکترا، و آنا لیزا پاول، دکترای تخصصی رهبری می‌شود، تخصص در آسیب‌شناسی گیاهی و فیزیولوژی گیاهی را از سراسر موسسه علوم غذایی و کشاورزی UF گرد هم می‌آورد. اعضای تیم علمی در حال ترکیب ده‌ها تجربه در مطالعه چگونگی رشد پاتوژن‌های گیاهی در گیاهان و نحوه رشد گیاهان و واکنش آنها به محیط فضا هستند.

شوئرگر گفت: «همانطور که بشریت شروع به ایجاد پایگاه‌هایی در ماه و مریخ می‌کند، خدمه از تولید میوه‌ها و سبزیجات تازه در زیستگاه‌هایی به نام سیستم‌های حمایت از حیات زیست‌سازنده سود خواهند برد». هر جا که گیاهان و انسان ها بروند، پاتوژن های گیاهی به زودی به دنبال آن خواهند آمد.»

سیستم‌های حمایت از حیات زیستی از گیاهان و سایر فرآیندهای بیولوژیکی برای کمک به تهیه غذا و بازسازی منابع ضروری از جمله اکسیژن و آب استفاده می‌کنند. چنین سیستم‌هایی می‌توانند وابستگی فضانوردان به تجهیزات انتقال‌یافته از زمین را کاهش دهند، اما آنها باید در طول ماموریت‌های طولانی‌مدت مولد و سالم بمانند.

درک چگونگی توسعه بیماری های گیاهی در فضا گام مهمی در جهت قابل اعتماد ساختن این سیستم ها است.

MVP-Plant-02 تعامل بین Arabidopsis thaliana، یک گیاه گلدار کوچک مربوط به خردل، و Golovinomyces cichoracearum، قارچی که باعث سفیدک پودری می شود را بررسی خواهد کرد.

این تیم بررسی خواهد کرد که آیا قارچ در ریزگرانش با شدت بیشتری رشد می کند و چگونه فعالیت های ژنی گیاه با پیشرفت بیماری تغییر می کند. با مطالعه توسعه بیماری و بیان ژن، محققان امیدوارند که فرآیندهای بیولوژیکی زیربنای پاسخ گیاه به عفونت در فضا را بهتر درک کنند.

این تحقیق از پلتفرم Multi-Use Variable-g یا MVP استفاده خواهد کرد، سیستمی که توسط Redwire Space Technologies Inc. ساخته شده است که آزمایش‌ها را در ایستگاه فضایی تحت شرایط گرانشی مختلف انجام می‌دهد. محققان گیاهان رشد یافته در ریزگرانش را با گیاهانی که در گرانش زمین مانند روی ایستگاه نگهداری می شوند و همچنین کنترل زمینی جداگانه در مرکز فضایی کندی مقایسه خواهند کرد.

این رویکرد به تیم اجازه می دهد تا اثرات ریزگرانش را از سایر عوامل مرتبط با رشد گیاهان در فضا متمایز کند.

این آزمایش همچنین پیشرفت مهمی را در آسیب‌شناسی گیاهان مبتنی بر فضا معرفی می‌کند: محققان پس از اینکه گیاهان در فضا هستند، گیاهان را با پاتوژن گیاهی قارچی تلقیح خواهند کرد.

برای انجام این کار، تیم Redwire و UF دستگاه کاربردی Conidia را توسعه دادند، یک سیستم تخصصی برای استفاده از هاگ‌های قارچ در سایبان‌های گیاهی در طول پرواز فضایی.

شوئرگر گفت: «از آنجایی که ما می‌توانیم گیاهان را در ریزگرانش از بذر رشد دهیم، تمام مکانیسم‌های دفاعی گیاه قبل از اینکه هاگ‌ها روی بافت‌های گیاهی فرود بیایند، توسط گرانش میکرو سرکوب یا فعال شده‌اند. این آزمایش بسیار بهتر از تلقیح نهال ها بر روی زمین قبل از پرتاب است.

استفاده از پاتوژن پس از اینکه گیاهان ریزگرانش را تجربه کردند به محققان اجازه می دهد تا بررسی کنند که چگونه محیط فضا بر بیولوژی گیاهی قبل از شروع عفونت تأثیر می گذارد. تحقیقات قبلی بیماری‌های گیاهی مبتنی بر فضا، پاتوژن را قبل از پرتاب به کار بردند.

کایلی سولتز، فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد UF و عضو تیم علمی، به شناسایی اهمیت رویکرد جدید و نقش دستگاه در تحقیق کمک کرد.

سولتز در تشریح تمایز این آزمایش از تحقیقات قبلی گفت: «تیم Plant-02 اولین دستگاه تلقیح پاتوژن گیاهی را برای استفاده در پروازهای فضایی توسعه داد. "دستگاه کاربردی Conidia به فضانوردان اجازه می دهد تا اسپورهای سفیدک پودری را به صورت استریل بر روی سایبان های آرابیدوپسیس، همه در یک سیستم بسته، خارج کنند."

مشارکت سولتز همچنین نشان دهنده نقش پروژه در آماده سازی نسل بعدی دانشمندان برای انجام تحقیقات در تقاطع سلامت گیاهان و اکتشافات فضایی است.

MVP-Plant-02 از نقاط قوت مکمل در UF/IFAS استفاده می کند. شوئرگر بیش از چهار دهه تجربه در توسعه استراتژی های مدیریت بیماری یکپارچه برای گیاهان رشد یافته در گلخانه ها و سیستم های حمایت از حیات بیولوژیکی به ارمغان می آورد. فرل و پل همچنین چندین دهه تجربه زیست شناسی فضایی را به ارمغان آورده اند و تحقیقات گسترده ای را در زمینه رشد گیاهان و بیان ژن در فضا انجام داده اند.

همکاری آن‌ها آسیب‌شناسی گیاهی - مطالعه بیماری‌های گیاهی و علل آنها - را با فیزیولوژی گیاهی و زیست‌شناسی مولکولی ترکیب می‌کند تا نه تنها به بررسی اینکه آیا بیماری رخ می‌دهد، بلکه چگونه گیاهان در سطح ژنتیکی واکنش نشان می‌دهند.

این پروژه با مشارکت Redwire، که پلتفرم MVP مورد استفاده برای تحقیقات را مدیریت می کند، انجام می شود. آزمایشگاه‌های میکروسکوپ الکترونی UF و زیست‌شناسی مولکولی گیاهی نیز پشتیبانی فنی حیاتی را در طول تجزیه و تحلیل پس از پرواز ارائه می‌کنند.

نتایج می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا تعیین کنند که آیا استراتژی‌های مدیریت بیماری‌های گیاهی که برای کشاورزی مبتنی بر زمین طراحی شده‌اند، باید برای فضا سازگار شوند یا خیر. اگر بیماری در ریزگرانش تهاجمی تر باشد، محققان می توانند از این یافته ها برای توسعه اقدامات پیشگیرانه برای زیستگاه های ماه و مریخ آینده استفاده کنند.

این تحقیقات همچنین کمک خواهد کرد تا مشخص شود که آزمایش‌های پیچیده بیماری‌زای گیاهی را می‌توان در ایستگاه فضایی انجام داد و فرصت‌هایی را برای تحقیقات بیشتر در مورد چالش‌های بیولوژیکی رشد غذا در خارج از زمین باز می‌کند.

در طول این ماموریت، محققان انتظار دارند تصاویری از زیر مجموعه‌ای از ماژول‌های رشد گیاه دریافت کنند که به تیم اجازه می‌دهد توسعه گیاه را نظارت کند. با این حال، تعیین اینکه آیا ریزگرانش شدت بیماری و بیان ژن گیاه را تغییر می‌دهد یا خیر، به تجزیه و تحلیل دقیق مواد آزمایشی پس از بازگشت به زمین نیاز دارد.

برای محققان UF، این تحقیقات هم نقطه عطف علمی و هم فرصتی برای گسترش مشارکت دانشگاه در زیست‌شناسی فضایی است. با گرد هم آوردن تخصص در آسیب شناسی گیاهان، علوم باغبانی و تحقیقات فضایی، این تیم به سمت آینده ای کار می کند که در آن فضانوردان بتوانند گیاهان سالم و غذای تازه را در طول ماموریت های دور از زمین پرورش دهند.

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →