Une équipe de NC State utilise des champignons « amicaux » pour renforcer la résilience des cultures

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de NC State se lance dans un ambitieux projet de trois ans visant à identifier les champignons bénéfiques présents dans cinq cultures clés : le maïs, le soja, le blé, le chanvre et le panic raide.

L'équipe est dirigée par Christine Hawkes, professeur au Département de biologie végétale et microbienne. Une fois les champignons bénéfiques identifiés, l’équipe s’efforcera de déterminer comment les espèces fongiques aident les plantes à repousser les maladies et à tolérer le stress dû à la sécheresse.

L’équipe travaillera également sur des outils permettant de détecter les types de champignons présents dans un champ et sur des méthodes permettant d’améliorer la communauté fongique présente, comme manger du yaourt pour améliorer votre santé intestinale.

"Notre objectif primordial est d'améliorer la gestion de la santé des plantes et d'accroître la durabilité des cultures grâce à l'utilisation de champignons bénéfiques dans les feuilles des plantes", a déclaré Hawkes, qui est également membre du Cluster Microbiomes et communautés microbiennes complexes, un Programme d'excellence du corps professoral du Chancelier pôle d'excellence. « Nous espérons atténuer les pertes inutiles de rendement des cultures dues à des stress tels que la sécheresse et les maladies, ce qui nous aidera à augmenter en toute sécurité notre approvisionnement alimentaire et à mieux nourrir le monde. »

Le projet est l'un des quatre projets interdisciplinaires sélectionnés par NC State's Bureau de recherche et d'innovation recevoir un financement de démarrage pour relever les défis mondiaux auxquels est confrontée l'agriculture identifiés par le Initiative des sciences végétales de Caroline du Nord (NCPSI).

TROUVER DES CHAMPIGNONS AMICAUX SUR LE TERRAIN

L'été dernier, Hawkes et son équipe ont collecté des échantillons de champignons vivant dans les feuilles de maïs, de soja, de blé et dans le panic érigé, une culture potentielle de biocarburant.

Grâce au programme d'essais officiels de variétés dirigé par Ryan Heiniger, l'équipe a collecté des échantillons de feuilles dans tout l'État, à la fois dans des stations de recherche et dans les champs d'agriculteurs partenaires. Ils ont isolé environ 3 000 champignons différents à partir des feuilles, qu'ils identifient actuellement.

Hawkes et son équipe analysent désormais ces champignons pour déterminer comment les espèces varient selon les variétés, les cultures, les emplacements et les régions. Peut-être découvriront-ils que certains champignons se trouvent uniquement dans le soja, que d'autres sont plus courants dans les régions côtières et qu'un troisième groupe est courant dans les champs infestés par un ravageur particulier. En fin de compte, ces informations les aideront à décider de la meilleure échelle d’intervention.

Ensuite, l'équipe sélectionnera certaines des espèces fongiques trouvées dans les champs pour leur capacité à « sauver » les plantes de la maladie ou de la sécheresse, en collaboration avec des chercheurs du Département américain de l'Agriculture et du Service de recherche agricole. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira et Anne Locke.

Dans un premier temps, ils utiliseront des feuilles détachées dans des microplaques pour tester rapidement de nombreux champignons contre un petit nombre d'agents pathogènes du blé et du maïs. Ceux qui préviennent l’infection par des agents pathogènes seront testés dans des conditions plus réalistes pour voir s’ils protègent des plantes entières.

À partir de là, ils détermineront quels champignons sont bénéfiques et comment ils sont utiles au niveau moléculaire. Par exemple, on sait que certains champignons produisent des hormones végétales, tandis que d’autres libèrent des antibiotiques pour protéger leurs hôtes. Ross Sozzani, chercheur en biologie végétale et microbienne, et Cranos Williams, chercheur en génie électrique et informatique, utilisera des outils de modélisation informatique pour identifier les gènes les plus susceptibles d'être responsables des avantages observés.

"Un grand défi sera de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels ces champignons exercent leurs effets bénéfiques", a déclaré Nathan Crook, chercheur au Département de génie chimique et biomoléculaire. "La connaissance de ces mécanismes pourrait nous inciter à développer des technologies supplémentaires pour améliorer les caractéristiques des plantes, ou pourrait nous permettre d'identifier d'autres organismes bénéfiques."

Pour relever ce défi, Crook collaborera avec Kévin García, chercheur en sciences des cultures et des sols, pour développer des outils CRISPR permettant de manipuler les gènes fongiques de manière à améliorer leurs avantages pour la plante. Ces outils pourraient révolutionner notre capacité à utiliser des symbiotes fongiques pour la gestion des maladies des cultures et du stress.

Une deuxième partie du projet se concentre sur le développement d'un outil permettant de détecter rapidement la présence de différents champignons bénéfiques dans un champ, ce qui est essentiel pour utiliser ces champignons comme outils de gestion des cultures. Cette partie est dirigée par Michael Koudenov, chercheur au Département de génie électrique et informatique.

En commençant en laboratoire avec une machine de paillasse couramment utilisée pour « empreintes digitales » de différents produits chimiques, Kudenov examinera les champignons – à la fois à l’intérieur des feuilles des plantes et seuls – pour tenter d’identifier des marqueurs spécifiques aux espèces bénéfiques.

En plus d'identifier les marqueurs fongiques, l'équipe devra déterminer dans quelle mesure les marqueurs sont spécifiques à chaque espèce fongique et quelle quantité de champignon doit se trouver dans la feuille pour être détecté.

Après avoir relevé ces défis, Kudenov et son équipe travailleront au développement d'un capteur portable pour apporter la détection de champignons bénéfiques sur le terrain et éventuellement aider les producteurs de Caroline du Nord. En collaboration avec Josh Gray, chercheur dans le Centre d'analyse géospatiale au Collège des ressources naturelles, ils tenteront de relier la détection au niveau des feuilles aux images aériennes des drones, ce qui pourrait permettre des évaluations plus rapides et plus approfondies.

«J'ai appris beaucoup plus depuis que je travaille avec des chercheurs du Collège d'agriculture et des sciences de la vie que si je restais simplement dans ma propre petite bulle», a déclaré Kudenov, qui est également membre du le big data pour de meilleures patates douces Projet GRIP4PSI. « En outre, une recherche interdisciplinaire comme celle-ci offre une opportunité unique d’avoir un impact, en particulier directement sur la Caroline du Nord. Dans ce cas, nous interagissons étroitement avec les parties prenantes et les personnes confrontées à des problèmes importants, dont beaucoup affectent leurs moyens de subsistance. Cela ajoute beaucoup de sens.

FORMER LES ACTEURS DU TERRAIN À LA COLLINE

Hawkes et le reste de l'équipe conviennent que travailler avec les producteurs, les producteurs et d'autres parties prenantes est essentiel pour leur projet. En fait, travailler avec les producteurs pour déterminer leurs besoins et les sensibiliser aux avantages des champignons utiles constitue la troisième partie du projet.

Lindsey Thiessen, chercheur et spécialiste de vulgarisation au Département d'entomologie et de phytopathologie, dirigera cette partie avec Ryan Heiniger.

Dans un premier temps, Thiessen et Heiniger se concentreront sur la formation des agents de vulgarisation grâce à des formations régulières sur le maïs, le soja et le blé. Étant donné que les agents de NC Cooperative Extension travaillent dans toute la Caroline du Nord, fournissant des solutions basées sur la recherche directement aux agriculteurs, il est essentiel de les informer sur les champignons bénéfiques qui vivent à l'intérieur des feuilles des plantes.

"Pour la formation, je pourrais apporter des plantes qui ont été traitées et d'autres qui ne l'ont pas été", a déclaré Thiessen. « Ou je pourrais apporter des microscopes et des plaques de culture pour leur donner une idée de ce à quoi ressemblent les champignons. Même s'ils sont microscopiques, c'est généralement assez amusant de regarder un champignon pelucheux dans une assiette.

En plus des démonstrations pratiques et des échanges avec les agents, Thiessen et son équipe produiront des fiches d'information pour rendre l'information accessible. Et au fur et à mesure que le projet GRIP4PSI progresse, elle sera en mesure de démontrer des champs traités et non traités et d'expliquer comment les champignons bénéfiques peuvent être appliqués aux champs commerciaux. Bien que la recherche en soit encore à ses débuts, l’équipe GRIP4PSI imagine que des champignons bénéfiques pourraient être appliqués aux champs pendant la plantation, ou comme traitement appliqué à un champ si nécessaire pour lutter contre les maladies ou le stress.

Bien entendu, la pandémie de COVID-19 et l’incertitude quant à savoir si les formations en présentiel, les journées sur le terrain et les réunions sur les produits auront lieu comme d’habitude cette année amènent l’équipe à repenser la manière dont elle peut atteindre les agents, les producteurs et autres. parties prenantes.

"Comme le COVID-19 continue d'être une préoccupation, une grande partie des informations que nous partageons ne seront pas nécessairement lors de réunions en face à face mais le seront par le biais de vidéos ou de réunions Zoom", a déclaré Heiniger. "Je pense que ce sera notre forme de communication prédominante jusqu'à ce que nous ayons un vaccin ou que quelque chose change."

Les professeurs du CALS et les spécialistes de l'extension ont déjà organisé avec succès journées virtuelles sur le terrain, des webinaires et d'innombrables conversations téléphoniques.

En plus de collaborer avec les agents de vulgarisation, les producteurs et la communauté agricole, l'équipe du projet prévoit également de collaborer avec les politiciens, les régulateurs et le grand public.

« L'autre défi sera la communication avec le grand public, et pas seulement avec la communauté agricole », a déclaré Theissen. « Nous devons bien communiquer avec le grand public sur les avantages et la durabilité à long terme de l’utilisation de ces champignons. Et nous ne pouvons pas oublier les groupes de réglementation et les politiciens. Heureusement, nous avons déjà rencontré des groupes de parties prenantes pour parler de leurs intérêts et de leurs préoccupations concernant notre projet, nous avons donc commencé tôt.

Jason Delborne, chercheur au Centre de génie génétique et société et le College of Natural Resources, dirigeront les efforts visant à évaluer l'opinion publique et à analyser la voie réglementaire potentielle pour les techniques permettant d'introduire des champignons végétaux bénéfiques dans les cultures.

Ce projet interdisciplinaire est financé par le programme de financement d'amorçage GRIP4PSI, basé sur le rapport 2016 du NC State Office of Research and Innovation. Programme d'incitation à la recherche qui change la donne (POIGNÉE). Le nouveau programme est dirigé par le Bureau de la recherche et de l'innovation en partenariat avec huit collèges et bureaux de l'État de Caroline du Nord. GRIP4PSI vise à soutenir des idées visionnaires dans le domaine des sciences végétales qui se traduiront par un financement à grande échelle, un impact significatif sur la recherche future et une éducation et une formation interdisciplinaires de premier ordre.

NOTRE RECHERCHE INTERDISCIPLINAIRE OFFRE DES SOLUTIONS RÉELLES.

Ce message était initialement publié dans Actualités du Collège d'agriculture et des sciences de la vie.

Source originale de l’article : WRAL TechWire