NC State -tiimi käyttää "ystävällisiä" sieniä parantaakseen sadon sietokykyä

Monitieteinen tutkijaryhmä NC Statessa käynnistää kunnianhimoisen kolmivuotisen hankkeen tunnistaakseen hyödyllisiä sieniä, joita löytyy viidestä keskeisestä viljelykasvista: maissista, soijasta, vehnästä, hamppusta ja ruohosta.

Joukkuetta johtaa Christine Hawkes, kasvi- ja mikrobiologian laitoksen professori. Kun hyödylliset sienet on tunnistettu, tiimi työskentelee selvittääkseen, kuinka sienilajit auttavat kasveja torjumaan sairauksia ja sietämään kuivuusstressiä.

Tiimi kehittää myös työkaluja, joilla havaitaan kentällä esiintyvät sienityypit, ja menetelmiä sieniyhteisön parantamiseksi – kuten jogurtin syöminen suoliston terveyden parantamiseksi.

"Yleinen tavoitteemme on parantaa kasvien terveydenhoitoa ja lisätä sadon kestävyyttä käyttämällä hyödyllisiä sieniä kasvien lehdissä", sanoi Hawkes, joka on myös jäsenenä. Mikrobiomit ja monimutkaiset mikrobiyhteisöt -klusteri, a Kanslerin tiedekunnan huippuosaamisen ohjelma huippuosaamisen klusteri. "Toivomme lieventää tarpeettomia sadon menetyksiä kuivuuden ja sairauksien kaltaisten stressien vuoksi, mikä auttaa meitä turvallisesti lisäämään elintarviketarjontaamme ja ruokkimaan paremmin maailmaa."

Hanke on yksi neljästä NC Staten valitsemasta monitieteisestä hankkeesta Tutkimus- ja innovaatiotoimisto saada siemenrahoitusta vastatakseen maatalouden maailmanlaajuisiin haasteisiin, jotka on tunnistettu North Carolina Plant Sciences -aloite (NC PSI).

LÖYDÄMÄÄN PELLÄLTÄ YSTÄVÄLLISIÄ SIIENIÄ

Viime kesänä Hawkes ja hänen tiiminsä keräsivät näytteitä maissin, soijan, vehnän ja mahdollisen biopolttoainekasvin lehdissä elävistä sienistä.

Käyttämällä virallista lajiketestausohjelmaa, jota johtaa Ryan Heiniger, tiimi keräsi lehtinäytteitä eri puolilta osavaltiota, sekä tutkimusasemilta että kumppaniviljelijöiden pelloilta. He eristivät noin 3 000 erilaista sientä lehdistä, joita he parhaillaan tunnistavat.

Nyt Hawkes ja hänen tiiminsä analysoivat näitä sieniä selvittääkseen, kuinka lajit vaihtelevat lajikkeiden, viljelykasvien, sijaintien ja alueiden välillä. Ehkä he huomaavat, että jotkut sienet ovat vain soijapavuissa, toiset ovat yleisempiä rannikkoalueilla ja kolmas ryhmä on yleinen tietyn tuholaisen vaivaamilla pelloilla. Viime kädessä nämä tiedot auttavat heitä päättämään parhaan mittakaavan interventioihin.

Seuraavaksi ryhmä valitsee pellolta löydetyt sienilajit, jotta ne pystyvät "pelastamaan" kasveja taudeilta tai kuivuudesta yhteistyössä Yhdysvaltain maatalousministeriön ja maatalouden tutkimuspalvelun tutkijoiden kanssa. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira ja Anna Locke.

Aluksi he käyttävät irrotettuja lehtiä mikrolevyissä monien sienien nopeaan seulomiseen pientä määrää vehnän ja maissin patogeenejä vastaan. Ne, jotka estävät taudinaiheuttajatartunnan, testataan realistisemmissa olosuhteissa, jotta nähdään, suojaavatko ne kokonaisia kasveja.

Sieltä he määrittävät, mitkä sienet ovat hyödyllisiä ja kuinka ne ovat hyödyllisiä molekyylitasolla. Tiedetään esimerkiksi, että jotkut sienet tuottavat kasvihormoneja, kun taas toiset vapauttavat antibiootteja suojellakseen isäntiään. Ross Sozzani, kasvi- ja mikrobiologian tutkija ja Cranos Williams, sähkö- ja tietokonetekniikan tutkija, käyttää laskennallisia mallinnustyökaluja tunnistaakseen geenit, jotka todennäköisimmin ovat vastuussa havaituista eduista.

"Yksi suuri haaste on ymmärtää molekyylimekanismeja, joilla nämä sienet vaikuttavat myönteisesti", sanoi Nathan Crook, tutkija kemian ja biomolekyylitekniikan laitoksella. "Näiden mekanismien tunteminen voisi innostaa meitä kehittämään lisäteknologioita kasvien ominaisuuksien parantamiseksi tai voisi auttaa meitä tunnistamaan muita hyödyllisiä organismeja."

Vastatakseen tähän haasteeseen Crook tekee yhteistyötä Kevin Garcia, Crop and Soil Sciences -tutkija, kehittääkseen CRISPR-työkaluja sienigeenien manipuloimiseksi tavoilla, jotka lisäävät niiden etuja kasveille. Nämä työkalut voivat mullistaa kykymme käyttää sieni-symbiontteja satosairauksien ja stressin hallintaan.

Projektin toisessa osassa keskitytään kehittämään työkalua, jolla voidaan nopeasti havaita erilaisten hyödyllisten sienten esiintyminen pellolla, mikä on kriittistä käytettäessä näitä sieniä sadonhoidon työkaluina. Tätä osaa johtaa Mikael Kudenov, sähkö- ja tietokonetekniikan laitoksen tutkija.

Aloittaen laboratoriosta pöytäkoneella, jota käytetään yleisesti "sormenjälkien" ottamiseen eri kemikaaleista, Kudenov tarkastelee sieniä - sekä kasvin lehtien sisällä että itsestään - yrittääkseen paikantaa hyödyllisille lajeille ominaisia merkkejä.

Sienimerkkiaineiden tunnistamisen lisäksi ryhmän on määritettävä, kuinka spesifisiä markkerit ovat kullekin sienilajille ja kuinka paljon sientä on oltava lehdissä, jotta se voidaan havaita.

Vastattuaan näihin haasteisiin Kudenov ja hänen tiiminsä työskentelevät kehittääkseen kannettavan anturin, joka tuo hyödyllisten sienten havaitsemisen kentälle ja lopulta auttaa Pohjois-Carolinan tuottajia. Yhteistyössä Josh Gray, tutkija Geospatial Analyticsin keskus College of Natural Resources -yliopistossa he yrittävät linkittää havaitsemisen lehtien tasolta droonien ilmakuviin, mikä voi mahdollistaa nopeamman ja laajemman arvioinnin.

"Olen oppinut paljon enemmän työskennellessäni Maatalous- ja biotieteiden korkeakoulun tutkijoiden kanssa kuin olisin vain pysymällä omassa pienessä kuplassani", sanoi Kudenov, joka on myös yliopiston jäsen. iso data parempia bataattia varten GRIP4PSI-projekti. ”Lisäksi tällainen tieteidenvälinen tutkimus tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden vaikuttaa erityisesti suoraan Pohjois-Carolinaan. Tässä tapauksessa olemme tiiviissä vuorovaikutuksessa sidosryhmien ja ihmisten kanssa, joilla on merkittäviä ongelmia, joista monet vaikuttavat heidän toimeentuloonsa. Se lisää paljon merkitystä."

SIDOSRYHMIEN KOULUTTAMINEN PENTALTA KUKKULLA

Hawkes ja muu tiimi ovat yhtä mieltä siitä, että viljelijöiden, tuottajien ja muiden sidosryhmien kanssa työskentely on heidän hankkeensa kannalta kriittistä. Itse asiassa yhteistyö viljelijöiden kanssa heidän tarpeidensa määrittämiseksi ja heille kouluttaminen hyödyllisten sienien eduista on projektin kolmas osa.

Lindsey Thiessen, tutkija ja laajennusasiantuntija entomologian ja kasvipatologian osastolla, johtaa tätä osaa yhdessä Ryan Heinigerin kanssa.

Aluksi Thiessen ja Heiniger keskittyvät Extension-agenttien kouluttamiseen säännöllisillä maissi-, soija- ja vehnäkoulutuksilla. Koska NC Cooperative Extension -agentit työskentelevät kaikkialla Pohjois-Carolinassa ja toimittavat tutkimukseen perustuvia ratkaisuja suoraan maanviljelijöille, on tärkeää kouluttaa heitä kasvien lehtien sisällä elävistä hyödyllisistä sienistä.

"Koulutusta varten saatan tuoda joitain kasveja, jotka on käsitelty ja joita ei ole", Thiessen sanoi. "Tai saatan tuoda mikroskoopit ja viljelylevyt antaakseni heille käsityksen siitä, miltä sienet näyttävät. Vaikka ne ovat mikroskooppisia, on yleensä hauskaa katsella pörröistä sientä lautasella.

Käytännön esittelyjen ja agenttien kanssa käytyjen edestakaisin keskustelujen lisäksi Thiessen ja hänen tiiminsä tuottavat tietosivuja, jotka auttavat tekemään tiedon saatavuudesta. Ja GRIP4PSI-projektin edetessä hän pystyy esittelemään käsiteltyjä ja käsittelemättömiä peltoja ja selittämään, kuinka hyödyllisiä sieniä voidaan käyttää kaupallisilla pelloilla. Vaikka tutkimus on vielä alkuvaiheessa, GRIP4PSI-tiimi kuvittelee, että hyödyllisiä sieniä voitaisiin levittää pelloille istutuksen aikana tai hoitona pellolle tarpeen mukaan taudin tai stressin torjumiseksi.

Tietenkin COVID-19-pandemia ja epävarmuus siitä, järjestetäänkö kasvokkain koulutuksia, kenttäpäiviä ja hyödyketapaamisia normaalisti tänä vuonna, saa tiimin pohtimaan uudelleen, kuinka he voivat tavoittaa agentit, viljelijät ja muut. sidosryhmiä.

"Koska COVID-19 on edelleen huolenaihe, suuri osa jakamistamme tiedoista ei välttämättä tapahdu kasvokkain, vaan videoiden tai Zoom-tapaamisten kautta", Heiniger sanoi. "Luulen, että se tulee olemaan hallitseva viestintämuotomme, kunnes saamme rokotteen tai jotain muuttuu."

CALS-tiedekunnan ja Extension-asiantuntijat ovat jo menestyneet virtuaalikenttäpäiviä, webinaareja ja lukemattomia puhelinkeskusteluja.

Extension-agenttien, viljelijöiden ja maatalousyhteisön lisäksi projektitiimi suunnittelee tekevänsä yhteistyötä poliitikkojen, sääntelyviranomaisten ja suuren yleisön kanssa.

"Toinen haaste tulee olemaan viestintä suurelle yleisölle, ei vain maatalousyhteisölle", Theissen sanoi. "Meidän on kommunikoitava hyvin suuren yleisön kanssa näiden sienten käytön hyödyistä ja pitkän aikavälin kestävyydestä. Emmekä voi unohtaa sääntelyryhmiä ja poliitikkoja. Onneksi olemme jo tavanneet sidosryhmien kanssa keskustellaksemme heidän etuistaan ja huolenaiheistaan projektiimme liittyen, joten olemme aloittaneet aikaisin.

Jason Delborne, tutkija Geenitekniikan ja yhteiskuntakeskus ja College of Natural Resources, johtavat pyrkimyksiä arvioida yleistä mielipidettä ja analysoida mahdollisia sääntelypolkuja tekniikoille, joilla hyödyllisiä kasvien sieniä viedään viljelykasveille.

Tätä monitieteistä projektia rahoittaa GRIP4PSI-siemenrahoitusohjelma, joka perustuu NC State Office of Research and Innovationin vuoden 2016 tutkimukseen. Peliä muuttavan tutkimuksen kannustinohjelma (GRIP). Uutta ohjelmaa johtaa tutkimus- ja innovaatiotoimisto yhteistyössä kahdeksan NC:n osavaltion korkeakoulun ja toimiston kanssa. GRIP4PSI on tarkoitettu tukemaan kasvitieteiden visionäärisiä ideoita, jotka johtavat laajamittaiseen rahoitukseen, merkitykselliseen tulevaisuuden tutkimukseen vaikuttamiseen ja ensiluokkaiseen monitieteiseen jatkokoulutukseen.

TIETOJENVÄLINEN TUTKIMUKSEME TOIMITTAA TODELLISIA RATKAISIA.

Tämä postaus oli alunperin julkaistu College of Agriculture and Life Sciences Newsissa.

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire