NC State-Team nutzt „freundliche“ Pilze, um die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu erhöhen

Ein interdisziplinäres Forscherteam an der NC State startet ein ehrgeiziges dreijähriges Projekt, um die nützlichen Pilze zu identifizieren, die in fünf Schlüsselkulturen vorkommen: Mais, Soja, Weizen, Hanf und Rutenhirse.

Das Team wird geleitet von Christine Hawkes, Professor in der Abteilung für Pflanzen- und Mikrobenbiologie. Sobald die nützlichen Pilze identifiziert sind, wird das Team herausfinden, wie die Pilzarten Pflanzen dabei helfen, Krankheiten abzuwehren und Trockenstress zu ertragen.

Das Team wird auch an Werkzeugen zur Erkennung der auf einem Feld vorhandenen Pilzarten und an Methoden zur Verbesserung der vorhandenen Pilzgemeinschaft arbeiten – beispielsweise durch den Verzehr von Joghurt zur Verbesserung der Darmgesundheit.

„Unser übergeordnetes Ziel ist es, das Pflanzengesundheitsmanagement zu verbessern und die Nachhaltigkeit von Nutzpflanzen durch den Einsatz nützlicher Pilze in Pflanzenblättern zu erhöhen“, sagte Hawkes, der auch Mitglied der ist Cluster Mikrobiome und komplexe mikrobielle Gemeinschaften, A Fakultätsexzellenzprogramm des Kanzlers Exzellenzcluster. „Wir hoffen, unnötige Ernteausfälle aufgrund von Belastungen wie Dürre und Krankheiten abzumildern, was uns dabei helfen wird, unsere Nahrungsmittelversorgung sicher zu erhöhen und die Welt besser zu ernähren.“

Das Projekt ist eines von vier interdisziplinären Projekten, die von NC State ausgewählt wurden Büro für Forschung und Innovation um eine Startkapitalfinanzierung zu erhalten, um die von der Kommission identifizierten globalen Herausforderungen für die Landwirtschaft anzugehen North Carolina Plant Sciences Initiative (NC PSI).

FREUNDLICHE PILZE IM FELD FINDEN

Letzten Sommer sammelten Hawkes und ihr Team Proben von Pilzen, die in den Blättern von Mais, Soja, Weizen und der potenziellen Biokraftstoffpflanze Rutenhirse leben.

Verwendung des offiziellen Sortentestprogramms unter der Leitung von Ryan HeinigerDas Team sammelte Blattproben an Standorten im ganzen Bundesstaat, sowohl von Forschungsstationen als auch von den Feldern der Partnerbauern. Aus den Blättern isolierten sie rund 3.000 verschiedene Pilze, die sie derzeit identifizieren.

Jetzt analysieren Hawkes und ihr Team diese Pilze, um festzustellen, wie sich die Arten zwischen Sorten, Kulturpflanzen, Standorten und Regionen unterscheiden. Vielleicht werden sie feststellen, dass einige Pilze nur in Sojabohnen vorkommen, andere häufiger in Küstenregionen vorkommen und eine dritte Gruppe häufig auf Feldern vorkommt, die von einem bestimmten Schädling geplagt werden. Letztendlich werden diese Informationen ihnen helfen, den besten Umfang für Interventionen zu bestimmen.

Als nächstes wird das Team in Zusammenarbeit mit Forschern des US-Landwirtschaftsministeriums und des Agricultural Research Service einige der auf Feldern gefundenen Pilzarten aufgrund ihrer Fähigkeit auswählen, Pflanzen vor Krankheiten oder Dürre zu „retten“. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira Und Anna Locke.

Zunächst werden sie abgetrennte Blätter in Mikrotiterplatten verwenden, um viele Pilze schnell gegen eine kleine Anzahl von Krankheitserregern in Weizen und Mais zu testen. Diejenigen, die eine Infektion mit Krankheitserregern verhindern, werden unter realistischeren Bedingungen getestet, um zu sehen, ob sie ganze Pflanzen schützen.

Von dort aus werden sie bestimmen, welche Pilze nützlich sind und wie sie auf molekularer Ebene hilfreich sind. Es ist beispielsweise bekannt, dass einige Pilze Pflanzenhormone produzieren, während andere Antibiotika freisetzen, um ihre Wirte zu schützen. Ross Sozzani, ein Forscher in Pflanzen- und Mikrobenbiologie, und Cranos Williams, ein Forscher im Bereich Elektrotechnik und Informationstechnik, wird Computermodellierungstools verwenden, um die Gene zu identifizieren, die am wahrscheinlichsten für die beobachteten Vorteile verantwortlich sind.

„Eine große Herausforderung wird darin bestehen, die molekularen Mechanismen zu verstehen, durch die diese Pilze ihre wohltuende Wirkung entfalten“, sagte er Nathan Crook, ein Forscher in der Abteilung für Chemie- und Biomolekulartechnik. „Das Wissen über diese Mechanismen könnte uns dazu inspirieren, zusätzliche Technologien zur Verbesserung von Pflanzenmerkmalen zu entwickeln oder es uns ermöglichen, andere nützliche Organismen zu identifizieren.“

Um diese Herausforderung zu meistern, wird Crook mit zusammenarbeiten Kevin Garcia, ein Forscher in den Pflanzen- und Bodenwissenschaften, hat die Aufgabe, CRISPR-Tools zur Manipulation von Pilzgenen auf eine Weise zu entwickeln, die ihren Nutzen für die Pflanze steigert. Diese Werkzeuge könnten unsere Fähigkeit, Pilzsymbionten zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten und Stress zu nutzen, revolutionieren.

Ein zweiter Teil des Projekts konzentriert sich auf die Entwicklung eines Tools zur schnellen Erkennung des Vorhandenseins verschiedener nützlicher Pilze auf einem Feld, was für die Verwendung dieser Pilze als Werkzeuge für die Pflanzenbewirtschaftung von entscheidender Bedeutung ist. Dieser Teil wird geleitet von Michael Kudenov, ein Forscher in der Abteilung für Elektrotechnik und Informationstechnik.

Kudenov beginnt im Labor mit einem Tischgerät, das üblicherweise zum „Fingerabdruck“ verschiedener Chemikalien verwendet wird, und untersucht dann die Pilze – sowohl in Pflanzenblättern als auch einzeln –, um zu versuchen, spezifische Marker für die nützliche Art zu lokalisieren.

Zusätzlich zur Identifizierung von Pilzmarkern muss das Team bestimmen, wie spezifisch die Marker für jede Pilzart sind und wie viel Pilz im Blatt vorhanden sein muss, um erkannt zu werden.

Nachdem sie diese Herausforderungen gemeistert haben, werden Kudenov und sein Team an der Entwicklung eines tragbaren Sensors arbeiten, um die Erkennung nützlicher Pilze auf das Feld zu bringen und schließlich den Produzenten in North Carolina zu helfen. In Zusammenarbeit mit Josh Gray, ein Forscher in der Zentrum für Geodatenanalyse Im College of Natural Resources werden sie versuchen, die Erkennung auf Blattebene mit Luftbildern von Drohnen zu verknüpfen, was möglicherweise schnellere und umfassendere Bewertungen ermöglicht.

„Seit der Zusammenarbeit mit Forschern der Hochschule für Landwirtschaft und Biowissenschaften habe ich viel mehr gelernt, als wenn ich nur in meiner eigenen kleinen Blase geblieben wäre“, sagte Kudenov, der auch Mitglied der ist Big Data für bessere Süßkartoffeln GRIP4PSI-Projekt. „Außerdem bietet interdisziplinäre Forschung wie diese eine einzigartige Gelegenheit, Wirkung zu erzielen, insbesondere direkt in North Carolina. In diesem Fall arbeiten wir eng mit Interessenvertretern und Menschen zusammen, die erhebliche Probleme haben, von denen viele ihre Lebensgrundlage beeinträchtigen. Das fügt viel Bedeutung hinzu.“

SCHULUNG DER Stakeholder vom Feld bis zum Berg

Hawkes und der Rest des Teams sind sich einig, dass die Zusammenarbeit mit Landwirten, Produzenten und anderen Interessengruppen für ihr Projekt von entscheidender Bedeutung ist. Tatsächlich besteht der dritte Teil des Projekts darin, mit den Landwirten zusammenzuarbeiten, um ihre Bedürfnisse zu ermitteln und sie über die Vorteile hilfreicher Pilze aufzuklären.

Lindsey Thiessen, ein Forscher und Erweiterungsspezialist in der Abteilung für Entomologie und Pflanzenpathologie, wird diesen Teil zusammen mit Ryan Heiniger leiten.

Thiessen und Heiniger werden sich zunächst auf die Ausbildung von Extension-Agenten durch regelmäßige Mais-, Soja- und Weizenschulungen konzentrieren. Da die Agenten von NC Cooperative Extension in ganz North Carolina tätig sind, ist es von entscheidender Bedeutung, forschungsbasierte Lösungen direkt an Landwirte zu liefern. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, sie über die nützlichen Pilze aufzuklären, die in Pflanzenblättern leben.

„Zur Schulung bringe ich möglicherweise einige Pflanzen mit, die behandelt wurden, und einige, die nicht behandelt wurden“, sagte Thiessen. „Oder ich bringe Mikroskope und Kulturplatten mit, um ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie die Pilze aussehen. Obwohl sie mikroskopisch klein sind, macht es normalerweise ziemlich viel Spaß, einen flauschigen Pilz auf einem Teller zu betrachten.“

Zusätzlich zu den praktischen Vorführungen und den gegenseitigen Gesprächen mit den Agenten werden Thiessen und ihr Team Informationsblätter erstellen, um die Informationen zugänglich zu machen. Und im weiteren Verlauf des GRIP4PSI-Projekts wird sie behandelte und unbehandelte Felder vorführen und erklären können, wie die nützlichen Pilze auf kommerziellen Feldern eingesetzt werden können. Obwohl sich die Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, geht das GRIP4PSI-Team davon aus, dass nützliche Pilze während der Pflanzung auf Felder oder als Behandlung auf einem Feld nach Bedarf zur Krankheits- oder Stresskontrolle ausgebracht werden könnten.

Natürlich veranlassen die COVID-19-Pandemie und die Ungewissheit, ob in diesem Jahr wie gewohnt persönliche Schulungen, Feldtage und Rohstofftreffen stattfinden werden, das Team dazu, zu überdenken, wie es Vertreter, Züchter und andere erreichen kann Stakeholder.

„Da COVID-19 weiterhin ein Problem darstellt, werden viele der Informationen, die wir weitergeben, nicht unbedingt bei persönlichen Treffen, sondern über Videos oder Zoom-Meetings erfolgen“, sagte Heiniger. „Ich denke, das wird unsere vorherrschende Form der Kommunikation sein, bis wir einen Impfstoff haben oder sich etwas ändert.“

CALS-Fakultäts- und Erweiterungsspezialisten haben sich bereits erfolgreich bewährt virtuelle Feldtage, Webinare und unzählige Telefongespräche.

Neben der Zusammenarbeit mit Beratern, Erzeugern und der Landwirtschaft plant das Projektteam auch die Zusammenarbeit mit Politikern, Regulierungsbehörden und der Öffentlichkeit.

„Die andere Herausforderung wird die Kommunikation mit der breiten Öffentlichkeit sein, nicht nur mit der Landwirtschaft“, sagte Theissen. „Wir müssen die breite Öffentlichkeit gut über die Vorteile und die langfristige Nachhaltigkeit der Verwendung dieser Pilze informieren. Und wir dürfen die Regulierungsbehörden und Politiker nicht vergessen. Glücklicherweise haben wir uns bereits mit Interessengruppen getroffen, um über ihre Interessen und Bedenken bezüglich unseres Projekts zu sprechen, sodass wir früh damit begonnen haben.“

Jason Delborne, ein Forscher mit dem Zentrum für Gentechnik und Gesellschaft und das College of Natural Resources werden die Bemühungen leiten, die öffentliche Meinung zu bewerten und den potenziellen Regulierungspfad für Techniken zur Einführung nützlicher Pflanzenpilze in Nutzpflanzen zu analysieren.

Dieses interdisziplinäre Projekt wird durch das GRIP4PSI-Seed-Funding-Programm finanziert, das auf dem NC State Office of Research and Innovation aus dem Jahr 2016 basiert Bahnbrechendes Forschungsanreizprogramm (GRIFF). Das neue Programm wird vom Büro für Forschung und Innovation in Zusammenarbeit mit acht Hochschulen und Büros des US-Bundesstaates NC geleitet. GRIP4PSI soll visionäre Ideen in den Pflanzenwissenschaften unterstützen, die zu umfangreichen Fördermitteln, bedeutenden Auswirkungen auf die zukünftige Forschung und einer erstklassigen interdisziplinären Graduiertenausbildung und -ausbildung führen werden.

UNSERE INTERDISZIPLINÄRE FORSCHUNG LIEFERT praxisnahe LÖSUNGEN.

Dieser Beitrag war ursprünglich veröffentlicht in den Nachrichten des College of Agriculture and Life Sciences.

Originalquelle des Artikels: WRAL TechWire