Chercheurs du groupe de recherche interdisciplinaire (IRG) Disruptive &Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) de l'Alliance pour la recherche et la technologie (SMART) de Singapour-MIT, L'entreprise de recherche du MIT à Singapour et leurs collaborateurs locaux du Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) et de l'Université technologique de Nanyang (NTU) ont développé le tout premier nanocapteur permettant de tester rapidement les hormones végétales auxines synthétiques. Les nouveaux nanocapteurs sont plus sûrs et moins fastidieux que les techniques existantes pour tester la réponse des plantes à des composés tels que les herbicides, et peut être transformateur dans l'amélioration de la production agricole et notre compréhension de la croissance des plantes.

Les scientifiques ont conçu des capteurs pour deux hormones végétales :l'acide 1-naphtalène acétique (NAA) et 2, acide 4-dichlorophénoxyacétique (2, 4D) - qui sont largement utilisés dans l'industrie agricole pour réguler la croissance des plantes et comme herbicides respectivement. Méthodes actuelles pour détecter NAA et 2, La 4D cause des dommages aux plantes, et sont incapables de fournir une surveillance et des informations in vivo en temps réel.

Basé sur le concept de reconnaissance moléculaire en phase corona (CoPhMoRe) mis au point par le Strano Lab de SMART DiSTAP et du Massachusetts Institute of Technology (MIT), les nouveaux capteurs sont capables de détecter la présence de NAA et 2, 4D dans les plantes vivantes à un rythme soutenu, fournir des informations sur les plantes en temps réel, sans causer de dommages. L'équipe a testé avec succès les deux capteurs sur un certain nombre de cultures quotidiennes, notamment le pak choi, les épinards et le riz sur divers supports de plantation tels que le sol, hydroponique, et la culture de tissus végétaux.

Expliqué dans un article intitulé "Nanosensor Detection of Synthetic Auxins In Planta using Corona Phase Molecular Recognition" publié dans la prestigieuse revue Capteurs ACS, la recherche peut faciliter une utilisation plus efficace des auxines synthétiques dans l'agriculture et détenir un potentiel énorme pour faire avancer l'étude de la biologie végétale.

"Notre technique CoPhMoRe a déjà été utilisée pour détecter des composés tels que le peroxyde d'hydrogène et des polluants de métaux lourds comme l'arsenic, mais c'est le premier cas réussi de capteurs CoPhMoRe développés pour détecter les phytohormones végétales qui régulent la croissance et la physiologie des plantes, tels que les sprays pour empêcher la floraison prématurée et la chute des fruits, " déclare le professeur Michael Strano, chercheur principal et co-responsable de DiSTAP, et le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT, qui dirige le Strano Lab au MIT. "Cette technologie peut remplacer les méthodes de détection de pointe actuelles qui sont laborieuses, destructeur, et dangereux."

Parmi les deux capteurs développés par l'équipe de recherche, les deux, Le nanocapteur 4D a également montré la capacité de détecter la sensibilité aux herbicides, permettant aux agriculteurs et aux agronomes de découvrir rapidement à quel point différentes plantes sont vulnérables ou résistantes aux herbicides sans avoir besoin de surveiller la croissance des cultures ou des mauvaises herbes au fil des jours. "Cela pourrait être incroyablement bénéfique pour révéler le mécanisme derrière la façon dont 2, 4D fonctionne dans les plantes et pourquoi les cultures développent une résistance aux herbicides, " déclare le chercheur principal de DiSTAP et TLL, le Dr Rajani Sarojam.

"Notre recherche peut aider l'industrie à mieux comprendre la dynamique de croissance des plantes et a le potentiel de changer complètement la façon dont l'industrie sélectionne la résistance aux herbicides, éliminant le besoin de surveiller la croissance des cultures ou des mauvaises herbes au fil des jours, " dit le Dr Mervin Chun-Yi Ang, Chercheur scientifique chez DiSTAP. "Il peut être appliqué sur une variété d'espèces végétales et de milieux de plantation, et pourrait facilement être utilisé dans des installations commerciales pour des tests rapides de sensibilité aux herbicides, comme les fermes urbaines.

Le professeur NTU Mary Chan-Park Bee Eng a déclaré :"L'utilisation de nanocapteurs pour la détection in planta élimine le besoin de processus d'extraction et de purification étendus, ce qui économise du temps et de l'argent. Ils utilisent également une électronique à très faible coût, ce qui les rend facilement adaptables aux configurations commerciales."

L'équipe affirme que leurs recherches peuvent conduire au développement futur de nanocapteurs en temps réel pour d'autres hormones végétales et métabolites dynamiques dans les plantes vivantes également.

Le développement du nanocapteur, système de détection optique, et les algorithmes de traitement d'image pour cette étude ont été réalisés par SMART, NTU et MIT, tandis que TLL a validé les nanocapteurs et a fourni des connaissances sur la biologie végétale et les mécanismes de signalisation des plantes. La recherche est menée par SMART et soutenue par la NRF dans le cadre de son programme Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).