Equipo de NC State utiliza hongos 'amigables' para aumentar la resiliencia de los cultivos
Fecha de publicación:Un equipo interdisciplinario de investigadores de NC State está emprendiendo un ambicioso proyecto de tres años para identificar los hongos beneficiosos que se encuentran en cinco cultivos clave: maíz, soja, trigo, cáñamo y pasto varilla.
El equipo está dirigido por Cristina Hawkes, profesor del Departamento de Biología Vegetal y Microbiana. Una vez que se identifiquen los hongos beneficiosos, el equipo trabajará para determinar cómo las especies de hongos ayudan a las plantas a defenderse de las enfermedades y tolerar el estrés por sequía.
El equipo también trabajará en herramientas para detectar los tipos de hongos presentes en un campo y métodos para mejorar la comunidad de hongos presente, como comer yogur para mejorar la salud intestinal.
"Nuestro objetivo general es mejorar la gestión sanitaria de las plantas y aumentar la sostenibilidad de los cultivos mediante el uso de hongos beneficiosos en las hojas de las plantas", dijo Hawkes, que también es miembro de la Clúster de microbiomas y comunidades microbianas complejas, a Programa de Excelencia Docente del Canciller grupo de excelencia. "Esperamos mitigar las pérdidas innecesarias de rendimiento de los cultivos debido a tensiones como la sequía y las enfermedades, lo que nos ayudará a aumentar de forma segura nuestro suministro de alimentos y alimentar mejor al mundo".
El proyecto es uno de los cuatro proyectos interdisciplinarios seleccionados por NC State. Oficina de Investigación e Innovación recibir financiación inicial para abordar los desafíos globales que enfrenta la agricultura identificados por el Iniciativa de ciencias vegetales de Carolina del Norte (NC PSI).
ENCONTRAR HONGOS AMISTOSOS EN EL CAMPO
El verano pasado, Hawkes y su equipo recolectaron muestras de hongos que viven en las hojas de maíz, soja, trigo y el potencial cultivo de pasto varilla para biocombustibles.
Utilizando el programa Oficial de Pruebas de Variedades liderado por Ryan Heiniger, el equipo recolectó muestras de hojas de lugares de todo el estado, tanto de estaciones de investigación como de campos de agricultores asociados. Aislaron alrededor de 3.000 hongos diferentes de las hojas, que actualmente están identificando.
Ahora, Hawkes y su equipo están analizando estos hongos para determinar cómo varían las especies entre variedades, cultivos, ubicaciones y regiones. Quizás descubran que algunos hongos se encuentran únicamente en la soja, otros son más comunes en las regiones costeras y un tercer grupo es común en campos plagados de una plaga en particular. En última instancia, esta información les ayudará a decidir la mejor escala para las intervenciones.
A continuación, el equipo seleccionará algunas de las especies de hongos que se encontraron en los campos por su capacidad para "rescatar" plantas de enfermedades o sequías en colaboración con investigadores del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira y Anna Locke.
Inicialmente, utilizarán hojas desprendidas en microplacas para detectar rápidamente muchos hongos contra una pequeña cantidad de patógenos del trigo y el maíz. Aquellos que previenen la infección por patógenos se probarán en condiciones más realistas para ver si protegen plantas enteras.
A partir de ahí, determinarán qué hongos son beneficiosos y cómo lo son a nivel molecular. Por ejemplo, se sabe que algunos hongos producen hormonas vegetales, mientras que otros liberan antibióticos para proteger a sus huéspedes. Ross Sozzani, investigadora en Biología Vegetal y Microbiana, y Cranos Williams, investigador en Ingeniería Eléctrica e Informática, utilizará herramientas de modelado computacional para identificar los genes más probablemente responsables de los beneficios observados.
"Un gran desafío será comprender los mecanismos moleculares mediante los cuales estos hongos ejercen sus efectos beneficiosos", dijo Nathan Crook, investigador del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. "El conocimiento de estos mecanismos podría inspirarnos a desarrollar tecnologías adicionales para mejorar los rasgos de las plantas, o podría permitirnos identificar otros organismos beneficiosos".
Para afrontar este desafío, Crook colaborará con Kevin García, investigador en Ciencias de Cultivos y Suelos, para desarrollar herramientas CRISPR para manipular genes de hongos de manera que mejoren sus beneficios para la planta. Estas herramientas podrían revolucionar nuestra capacidad de utilizar simbiontes fúngicos para el manejo de enfermedades y estrés de los cultivos.
Una segunda parte del proyecto se centra en desarrollar una herramienta para detectar rápidamente la presencia de diferentes hongos beneficiosos en un campo, lo cual es fundamental para utilizar esos hongos como herramientas para el manejo de cultivos. Esta parte está dirigida por Michael Kudenov, investigador del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
Comenzando en el laboratorio con una máquina de mesa comúnmente utilizada para tomar huellas dactilares de diferentes químicos, Kudenov observará los hongos, tanto dentro de las hojas de las plantas como por sí mismos, para intentar identificar marcadores específicos de las especies beneficiosas.
Además de identificar marcadores de hongos, el equipo deberá determinar qué tan específicos son los marcadores para cada especie de hongo y cuánto hongo debe haber en la hoja para ser detectado.
Después de abordar estos desafíos, Kudenov y su equipo trabajarán en el desarrollo de un sensor portátil para llevar la detección de hongos beneficiosos al campo y, eventualmente, ayudar a los productores de Carolina del Norte. En colaboración con josh gris, investigador del Centro de análisis geoespacial En la Facultad de Recursos Naturales, intentarán vincular la detección desde el nivel de las hojas con imágenes aéreas de drones, lo que puede permitir evaluaciones más rápidas y extensas.
"He aprendido mucho más desde que trabajo con investigadores de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de lo que habría aprendido si me hubiera quedado simplemente en mi propia pequeña burbuja", afirmó Kudenov, que también es miembro de la Big data para mejorar las batatas Proyecto GRIP4PSI. “Además, la investigación interdisciplinaria como esta brinda una oportunidad única de generar impacto, especialmente directamente en Carolina del Norte. En este caso, estamos interactuando estrechamente con partes interesadas y personas que tienen problemas importantes, muchos de los cuales afectan sus medios de vida. Eso añade mucho significado”.
EDUCAR A LOS ACTORES DESDE EL CAMPO HASTA LA COLINA
Hawkes y el resto del equipo coinciden en que trabajar con agricultores, productores y otras partes interesadas es fundamental para su proyecto. De hecho, trabajar con los productores para determinar sus necesidades y educarlos sobre los beneficios de los hongos útiles es la tercera parte del proyecto.
Lindsey Thiessen, investigador y especialista en Extensión del Departamento de Entomología y Fitopatología, liderará esta parte junto con Ryan Heiniger.
Al principio, Thiessen y Heiniger se centrarán en educar a los agentes de Extensión mediante capacitaciones periódicas sobre maíz, soja y trigo. Dado que los agentes de Extensión Cooperativa de Carolina del Norte trabajan en todo Carolina del Norte, brindando soluciones basadas en investigaciones directamente a los agricultores, es fundamental educarlos sobre los hongos beneficiosos que viven dentro de las hojas de las plantas.
“Para la capacitación, podría traer algunas plantas que hayan sido tratadas y otras que no”, dijo Thiessen. “O podría llevarles microscopios y placas de cultivo para darles una idea de cómo son los hongos. Aunque son microscópicos, suele ser muy divertido observar un hongo esponjoso en un plato”.
Además de las demostraciones prácticas y las conversaciones de ida y vuelta con los agentes, Thiessen y su equipo producirán hojas informativas para ayudar a que la información sea accesible. Y a medida que avance el proyecto GRIP4PSI, podrá demostrar campos tratados y no tratados y explicar cómo se pueden aplicar los hongos beneficiosos a los campos comerciales. Aunque la investigación aún se encuentra en las primeras etapas, el equipo de GRIP4PSI imagina que se podrían aplicar hongos beneficiosos a los campos durante la siembra, o como tratamiento aplicado a un campo según sea necesario para controlar enfermedades o estrés.
Por supuesto, la pandemia de COVID-19 y la incertidumbre sobre si las capacitaciones presenciales, los días de campo y las reuniones sobre productos básicos se llevarán a cabo como de costumbre este año están haciendo que el equipo reconsidere cómo pueden llegar a los agentes, productores y otros partes interesadas.
“Como el COVID-19 sigue siendo una preocupación, mucha de la información que compartimos no será necesariamente en reuniones cara a cara, sino a través de videos o reuniones de Zoom”, dijo Heiniger. "Creo que esa será nuestra forma predominante de comunicación hasta que tengamos una vacuna o algo cambie".
Los profesores y especialistas de Extensión de CALS ya han realizado exitosas días de campo virtuales, seminarios web e innumerables conversaciones telefónicas.
Además de colaborar con agentes de extensión, agricultores y la comunidad agrícola, el equipo del proyecto también planea colaborar con políticos, reguladores y el público en general.
"El otro desafío será la comunicación con el público en general, no sólo con la comunidad agrícola", dijo Theissen. “Necesitamos comunicarnos bien con el público en general sobre los beneficios y la sostenibilidad a largo plazo del uso de estos hongos. Y no podemos olvidarnos de los grupos reguladores y los políticos. Afortunadamente, ya nos hemos reunido con grupos de partes interesadas para hablar sobre sus intereses y preocupaciones con respecto a nuestro proyecto, por lo que comenzamos temprano”.
Jason Delborne, investigador del Centro de Ingeniería Genética y Sociedad y la Facultad de Recursos Naturales, liderarán los esfuerzos para evaluar la opinión pública y analizar la posible vía regulatoria para las técnicas para introducir hongos vegetales beneficiosos en los cultivos.
Este proyecto interdisciplinario está financiado por el programa de financiación inicial GRIP4PSI, basado en el informe de 2016 de la Oficina de Investigación e Innovación del Estado de Carolina del Norte. Programa de incentivos a la investigación que cambia las reglas del juego (AGARRE). El nuevo programa está dirigido por la Oficina de Investigación e Innovación en asociación con ocho universidades y oficinas del estado de Carolina del Norte. GRIP4PSI tiene como objetivo apoyar ideas visionarias en las ciencias de las plantas que resultarán en financiación a gran escala, un impacto significativo para investigaciones futuras y educación y capacitación interdisciplinaria de posgrado de primera clase.
NUESTRA INVESTIGACIÓN INTERDISCIPLINARIA OFRECE SOLUCIONES PARA EL MUNDO REAL.
Esta publicación fue publicado originalmente en Noticias de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida.
Fuente del artículo original: WRAL TechWire