צוות NC State משתמש בפטריות 'ידידותיות' כדי להגביר את עמידות היבול

צוות בין-תחומי של חוקרים ב-NC State יוצא לפרויקט שאפתני בן שלוש שנים לזיהוי הפטריות המועילות שנמצאות בחמישה גידולי מפתח: תירס, סויה, חיטה, קנבוס וסוויץ'.

הצוות מובל על ידי כריסטין הוקס, פרופסור במחלקה לביולוגיה של צמחים וחיידקים. לאחר זיהוי הפטריות המועילות, הצוות יפעל כדי לקבוע כיצד מינים הפטרייתיים עוזרים לצמחים להדוף מחלות ולסבול מתח בצורת.

הצוות גם יעבוד על כלים לאיתור סוגי הפטריות הקיימות בתחום ושיטות לשיפור קהילת הפטריות הנוכחת - כמו אכילת יוגורט לשיפור בריאות המעיים שלך.

"מטרת העל שלנו היא לשפר את ניהול בריאות הצמח ולהגדיל את קיימות היבול באמצעות שימוש בפטריות מועילות בעלים של צמחים", אמר הוקס, שהוא גם חבר ב- אשכול מיקרוביומים וקהילות מיקרוביאליות מורכבות, א תכנית המצוינות של הפקולטה לקנצלרית אשכול מצוינות. "אנו מקווים לצמצם אובדן יבולים מיותרים ללחצים כמו בצורת ומחלות, מה שיעזור לנו להגדיל בבטחה את אספקת המזון שלנו ולהאכיל טוב יותר את העולם".

הפרויקט הוא אחד מארבעה פרויקטים בינתחומיים שנבחרו על ידי NC State's משרד מחקר וחדשנות לקבל מימון ראשוני כדי להתמודד עם האתגרים הגלובליים העומדים בפני החקלאות שזוהתה על ידי יוזמת מדעי הצמח בצפון קרוליינה (NC PSI).

מציאת פטריות ידידותיות בשדה

בקיץ שעבר, הוקס והצוות שלה אספו דוגמאות של פטריות שחיות בעלים של תירס, סויה, חיטה ועשב גידולי דלק ביולוגי הפוטנציאלי.

שימוש בתוכנית בדיקת הזנים הרשמית בראשות ריאן הייניגר, הצוות אסף דגימות עלים ממקומות ברחבי המדינה, הן מתחנות מחקר והן משדות חקלאים שותפים. הם בודדו כ-3,000 פטריות שונות מהעלים, שאותן הם מזהים כעת.

כעת, הוקס והצוות שלה מנתחים את הפטריות הללו כדי לקבוע כיצד המינים משתנים בין זנים, יבולים, מיקומים ואזורים. אולי הם ימצאו שפטריות מסוימות נמצאות רק בפולי סויה, אחרות נפוצות יותר באזורי החוף, וקבוצה שלישית נפוצה בשדות מוכי מזיק מסוים. בסופו של דבר, מידע זה יעזור להם להחליט מהו קנה המידה הטוב ביותר להתערבויות.

בשלב הבא, הצוות יבחר כמה ממינים הפטרייתיים שנמצאו בשדות בשל יכולתם "להציל" צמחים ממחלות או בצורת בשיתוף עם חוקרי שירות החקלאות האמריקני-חקלאי. פיטר באלינט-קורטי, ג'ינה בראון-גוודירה ו אנה לוק.

בתחילה, הם ישתמשו בעלים מנותקים ב-microplates כדי לסנן במהירות פטריות רבות כנגד מספר קטן של פתוגנים של חיטה ותירס. אלה שמונעים זיהום פתוגן ייבחנו בתנאים מציאותיים יותר כדי לראות אם הם מגנים על צמחים שלמים.

משם, הם יקבעו אילו פטריות מועילות וכיצד הן מועילות ברמה המולקולרית. לדוגמה, ידוע שפטריות מסוימות מייצרות הורמונים צמחיים, בעוד שאחרות משחררות אנטיביוטיקה כדי להגן על המארח שלהן. רוס סוזאני, חוקר בביולוגיה של צמחים וחיידקים, ו קראנוס וויליאמס, חוקר בהנדסת חשמל ומחשבים, ישתמש בכלי מודלים חישוביים כדי לזהות את הגנים שאחראים ככל הנראה לכל היתרונות שנצפו.

"אתגר אחד גדול יהיה להבין את המנגנונים המולקולריים שבאמצעותם פטריות אלו מפעילות את השפעותיהן המועילות", אמר נתן קרוק, חוקר במחלקה להנדסה כימית וביו-מולקולרית. "הידע על המנגנונים הללו יכול לעורר בנו השראה לפתח טכנולוגיות נוספות לשיפור תכונות הצמח, או לאפשר לנו לזהות אורגניזמים מועילים אחרים."

כדי לעמוד באתגר הזה, קרוק ישתף פעולה עם קווין גרסיה, חוקר במדעי היבול והקרקע, לפתח כלי CRISPR למניפולציה של גנים פטרייתיים בדרכים המשפרות את היתרונות שלהם עבור הצמח. כלים אלה יכולים לחולל מהפכה ביכולת שלנו להשתמש בסימביונטים פטרייתיים למחלות יבולים ולניהול מתחים.

חלק שני של הפרויקט מתמקד בפיתוח כלי לזיהוי מהיר של נוכחות של פטריות מועילות שונות בשדה, שהוא קריטי לשימוש בפטריות אלה ככלי לניהול גידולים. חלק זה מובל על ידי מיכאל קודנוב, חוקר במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים.

החל במעבדה עם מכונת ספסל הנפוצה ל"טביעת אצבע" של כימיקלים שונים, קודנוב יסתכל על הפטריות - הן בתוך עלי הצמח והן בפני עצמן - כדי לנסות לאתר סמנים ספציפיים למין המועיל.

בנוסף לזיהוי סמנים פטרייתיים, הצוות יצטרך לקבוע עד כמה הסמנים ספציפיים לכל זן פטרייתי וכמה פטרייה צריכה להיות בעלה כדי להתגלות.

לאחר שיתמודדו עם האתגרים הללו, קודנוב והצוות שלו יעבדו על פיתוח חיישן נייד כדי להביא את הזיהוי של פטריות מועילות לשטח, ובסופו של דבר לעזור ליצרני צפון קרוליינה. בשיתוף עם ג'וש גריי, חוקר ב- המרכז לניתוח גיאו-מרחבי במכללה למשאבי טבע ינסו לקשר בין זיהוי מרמת העלים לתמונות אוויר מרחפנים, מה שעשוי לאפשר הערכות מהירות ונרחבות יותר.

"למדתי הרבה יותר מאז שעבדתי עם חוקרים מהמכללה לחקלאות ומדעי החיים ממה שהייתי יכול רק להישאר בבועה הקטנה שלי", אמר קודנוב, שהוא גם חבר ב- נתונים גדולים לפרויקט GRIP4PSI בטטות טובות יותר. "כמו כן, מחקר בין-תחומי כמו זה מספק הזדמנות ייחודית לספק השפעה, במיוחד ישירות לצפון קרוליינה. במקרה זה, אנו מקיימים אינטראקציה הדוקה עם בעלי עניין ואנשים שיש להם בעיות משמעותיות, שרבות מהן משפיעות על פרנסתם. זה מוסיף הרבה משמעות".

חינוך בעלי עניין מהשדה ועד הגבעה

הוקס ושאר הצוות מסכימים שעבודה עם מגדלים, יצרנים ובעלי עניין אחרים היא קריטית לפרויקט שלהם. למעשה, עבודה עם מגדלים כדי לקבוע את הצרכים שלהם ולחנך אותם על היתרונות של פטריות מועילות היא החלק השלישי של הפרויקט.

לינדזי תיסן, חוקר ומומחה הרחבה במחלקה לאנטומולוגיה ופתולוגיה של צמחים, יוביל את החלק הזה יחד עם ריאן הייניגר.

תחילה, Thiessen והייניגר יתמקדו בחינוך סוכני הרחבות באמצעות אימוני תירס, סויה וחיטה רגילים. מכיוון שסוכני NC Cooperative Extension עובדים ברחבי צפון קרוליינה, אספקת פתרונות מבוססי מחקר ישירות לחקלאים, חינך אותם לגבי הפטריות המועילות שחיות בתוך עלי הצמחים.

"לאימון, אולי אביא כמה צמחים שטופלו וחלק שלא", אמר תיסן. "או שאולי אביא מיקרוסקופים וצלחות תרבות כדי לתת להם מושג איך נראות הפטריות. למרות שהם מיקרוסקופיים, זה בדרך כלל די כיף להסתכל על פטרייה אוורירית על צלחת".

בנוסף להדגמות המעשית ולשיחות הלוך ושוב עם הסוכנים, תייסן והצוות שלה יפיקו דפי מידע שיעזרו בהנגשת המידע. וככל שפרויקט GRIP4PSI יתקדם, היא תוכל להדגים שדות מטופלים ולא מטופלים ולהסביר כיצד ניתן ליישם את הפטריות המועילות לשדות מסחריים. למרות שהמחקר עדיין בשלבים מוקדמים, צוות GRIP4PSI מדמיין שניתן ליישם פטריות מועילות על שדות במהלך השתילה, או כטיפול המיושם בשדה לפי הצורך לשליטה במחלות או במתח.

כמובן, מגיפת ה-COVID-19 וחוסר הוודאות אם הכשרות פנים אל פנים, ימי שטח ופגישות סחורות יתקיימו כרגיל השנה, גורמות לצוות לחשוב מחדש כיצד הם יכולים להגיע לסוכנים, מגדלים ואחרים. בעלי עניין.

"מכיוון ש-COVID-19 ממשיך להוות דאגה, הרבה מהמידע שאנו חולקים לא יהיה בהכרח בפגישות פנים אל פנים אלא יהיה באמצעות סרטונים או דרך פגישות זום", אמר הייניגר. "אני חושב שזו תהיה צורת התקשורת העיקרית שלנו עד שנקבל חיסון או שמשהו ישתנה."

מומחי הסגל וההרחבה של CALS כבר הצליחו ימי שטח וירטואליים, סמינרים מקוונים ואינספור שיחות טלפון.

בנוסף ליצירת קשר עם סוכני הרחבה, מגדלים והקהילה החקלאית, צוות הפרויקט מתכנן גם לתקשר עם פוליטיקאים, רגולטורים והציבור הרחב.

"האתגר השני יהיה תקשורת עם הציבור הרחב, לא רק עם קהילת החקלאות", אמר תיסן. "עלינו לתקשר היטב עם הציבור הרחב לגבי היתרונות והקיימות לטווח ארוך של שימוש בפטריות אלו. ואנחנו לא יכולים לשכוח את הקבוצות הרגולטוריות והפוליטיקאים. למרבה המזל, כבר נפגשנו עם קבוצות בעלי עניין כדי לדבר על האינטרסים שלהם והדאגות שלהם עם הפרויקט שלנו, אז התחלנו מוקדם".

ג'ייסון דלבורן, חוקר עם ה מרכז הנדסה גנטית וחברה והמכללה למשאבי טבע, יובילו את המאמצים להעריך את דעת הקהל ולנתח את המסלול הרגולטורי הפוטנציאלי לטכניקות להחדרת פטריות צמחים מועילות לגידולים.

פרויקט בינתחומי זה ממומן על ידי תוכנית מימון המקור GRIP4PSI, המבוססת על 2016 של משרד NC State of Research and Innovation תוכנית תמריצים למחקר משנה משחק (אחיזה). התוכנית החדשה מנוהלת על ידי משרד המחקר והחדשנות בשיתוף עם שמונה מכללות ומשרדים של מדינת NC. GRIP4PSI נועד לתמוך ברעיונות בעלי חזון במדעי הצמח שיביאו למימון בקנה מידה גדול, השפעה משמעותית על מחקר עתידי והשכלה והכשרה בינתחומית לתואר ראשון מהשורה הראשונה.

המחקר הבין-תחומי שלנו מספק פתרונות בעולם האמיתי.

הפוסט הזה היה פורסם במקור במכללה לחקלאות ומדעי החיים חדשות.

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire