Un team dello Stato NC utilizza funghi "amici" per aumentare la resilienza delle colture

Un team interdisciplinare di ricercatori della NC State sta avviando un ambizioso progetto triennale per identificare i funghi benefici presenti in cinque colture chiave: mais, soia, grano, canapa e panico verga.

La squadra è guidata da Cristina Hawkes, professore presso il Dipartimento di Biologia Vegetale e Microbica. Una volta identificati i funghi benefici, il team lavorerà per determinare in che modo le specie fungine aiutano le piante a respingere le malattie e a tollerare lo stress da siccità.

Il team lavorerà anche su strumenti per rilevare i tipi di funghi presenti in un campo e metodi per migliorare la comunità fungina presente, come mangiare yogurt per migliorare la salute dell’intestino.

"Il nostro obiettivo generale è migliorare la gestione della salute delle piante e aumentare la sostenibilità delle colture attraverso l'uso di funghi benefici nelle foglie delle piante", ha affermato Hawkes, che è anche membro del Microbiomi e cluster di comunità microbiche complesse, UN Programma di eccellenza della Facoltà del Cancelliere cluster di eccellenza. “Speriamo di mitigare le inutili perdite di rendimento dei raccolti dovute a stress come siccità e malattie, il che ci aiuterà ad aumentare in modo sicuro la nostra fornitura di cibo e a nutrire meglio il mondo”.

Il progetto è uno dei quattro progetti interdisciplinari selezionati da NC State Ufficio Ricerca e Innovazione ricevere finanziamenti iniziali per affrontare le sfide globali che l’agricoltura deve affrontare identificate dal Iniziativa sulle scienze vegetali della Carolina del Nord (PSI NC).

TROVARE FUNGHI AMICI NEL CAMPO

L'estate scorsa, Hawkes e il suo team hanno raccolto campioni di funghi che vivono nelle foglie di mais, soia, grano e nella potenziale coltura di biocarburanti.

Utilizzando il programma ufficiale di analisi della varietà condotto da Ryan Heiniger, il team ha raccolto campioni di foglie da località in tutto lo stato, sia dalle stazioni di ricerca che dai campi degli agricoltori partner. Hanno isolato circa 3.000 funghi diversi dalle foglie, che stanno attualmente identificando.

Ora, Hawkes e il suo team stanno analizzando questi funghi per determinare come le specie variano tra varietà, colture, luoghi e regioni. Forse scopriranno che alcuni funghi sono presenti solo nella soia, altri sono più comuni nelle regioni costiere e un terzo gruppo è comune nei campi infestati da un particolare parassita. In definitiva, queste informazioni li aiuteranno a decidere la scala migliore per gli interventi.

Successivamente, il team selezionerà alcune delle specie fungine trovate nei campi per la loro capacità di “salvare” le piante dalle malattie o dalla siccità, in collaborazione con i ricercatori del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e del Servizio di ricerca agricola. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira E Anna Locke.

Inizialmente, utilizzeranno foglie staccate in micropiastre per schermare rapidamente molti funghi contro un piccolo numero di agenti patogeni del grano e del mais. Quelli che prevengono l’infezione da agenti patogeni saranno testati in condizioni più realistiche per vedere se proteggono intere piante.

Da lì, determineranno quali funghi sono benefici e come sono utili a livello molecolare. Ad esempio, è noto che alcuni funghi producono ormoni vegetali, mentre altri rilasciano antibiotici per proteggere i loro ospiti. Ross Sozzani, ricercatore in Biologia vegetale e microbica, e Cranos Williams, ricercatore in ingegneria elettrica e informatica, utilizzerà strumenti di modellazione computazionale per identificare i geni più probabilmente responsabili dei benefici osservati.

“Una grande sfida sarà comprendere i meccanismi molecolari attraverso i quali questi funghi esercitano i loro effetti benefici”, ha affermato Nathan Crook, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare. “La conoscenza di questi meccanismi potrebbe ispirarci a sviluppare ulteriori tecnologie per migliorare i tratti delle piante, o potrebbe permetterci di identificare altri organismi benefici”.

Per affrontare questa sfida, Crook collaborerà con Kevin Garcia, ricercatore in Scienze delle colture e del suolo, per sviluppare strumenti CRISPR per manipolare i geni dei funghi in modo da aumentarne i benefici per la pianta. Questi strumenti potrebbero rivoluzionare la nostra capacità di utilizzare simbionti fungini per le malattie delle colture e la gestione dello stress.

Una seconda parte del progetto è incentrata sullo sviluppo di uno strumento per rilevare rapidamente la presenza di diversi funghi benefici in un campo, il che è fondamentale per utilizzare tali funghi come strumenti per la gestione delle colture. Questa parte è guidata da Michael Kudenov, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica.

Iniziando in laboratorio con una macchina da banco comunemente usata per “impronte digitali” di diverse sostanze chimiche, Kudenov esaminerà i funghi – sia all’interno delle foglie delle piante che da soli – per tentare di individuare marcatori specifici per le specie benefiche.

Oltre a identificare i marcatori fungini, il team dovrà determinare quanto specifici siano i marcatori per ciascuna specie fungina e quanto fungo deve essere presente nella foglia per essere rilevato.

Dopo aver affrontato queste sfide, Kudenov e il suo team lavoreranno allo sviluppo di un sensore portatile per portare il rilevamento di funghi benefici sul campo e, infine, per aiutare i produttori della Carolina del Nord. In collaborazione con Josh Gray, un ricercatore del Centro per l'analisi geospaziale nel College of Natural Resources, cercheranno di collegare il rilevamento dal livello delle foglie alle immagini aeree dei droni, che potrebbero consentire valutazioni più rapide ed estese.

"Da quando lavoro con i ricercatori della Facoltà di Agricoltura e Scienze della Vita ho imparato molto di più di quanto avrei imparato restando nella mia piccola bolla", ha detto Kudenov, che è anche membro del big data per patate dolci migliori Progetto GRIP4PSI. “Inoltre, la ricerca interdisciplinare come questa offre un’opportunità unica per avere un impatto, soprattutto direttamente sulla Carolina del Nord. In questo caso, stiamo interagendo a stretto contatto con le parti interessate e le persone che hanno problemi significativi, molti dei quali incidono sui loro mezzi di sussistenza. Ciò aggiunge molto significato.

EDUCARE GLI STAKEholder DAL CAMPO ALLA COLLINA

Hawkes e il resto del team concordano sul fatto che lavorare con coltivatori, produttori e altre parti interessate è fondamentale per il loro progetto. Infatti, lavorare con i coltivatori per determinare le loro esigenze ed educarli sui benefici dei funghi utili è la terza parte del progetto.

Lindsey Thiessen, ricercatore e specialista in estensione presso il Dipartimento di Entomologia e Patologia Vegetale, guiderà questa parte insieme a Ryan Heiniger.

Inizialmente, Thiessen e Heiniger si concentreranno sulla formazione degli agenti di estensione attraverso corsi di formazione regolari su mais, soia e grano. Poiché gli agenti di NC Cooperative Extension lavorano in tutta la Carolina del Nord, fornendo soluzioni basate sulla ricerca direttamente agli agricoltori, è fondamentale educarli sui funghi benefici che vivono all'interno delle foglie delle piante.

"Per l'allenamento, potrei portare alcune piante che sono state trattate e altre no", ha detto Thiessen. “Oppure potrei portare microscopi e piastre di coltura per dare loro un’idea di come appaiono i funghi. Anche se sono microscopici, di solito è piuttosto divertente guardare un soffice fungo su un piatto.

Oltre alle dimostrazioni pratiche e alle conversazioni avanti e indietro con gli agenti, Thiessen e il suo team produrranno schede informative per contribuire a rendere le informazioni accessibili. E man mano che il progetto GRIP4PSI avanza, sarà in grado di dimostrare i campi trattati e non trattati e spiegare come i funghi benefici possono essere applicati ai campi commerciali. Sebbene la ricerca sia ancora nelle fasi iniziali, il team GRIP4PSI immagina che i funghi benefici potrebbero essere applicati ai campi durante la semina o come trattamento applicato a un campo secondo necessità per il controllo delle malattie o dello stress.

Naturalmente, la pandemia di COVID-19 e l’incertezza se i corsi di formazione in presenza, le giornate sul campo e le riunioni sulle materie prime si terranno come di consueto quest’anno stanno spingendo il team a riconsiderare il modo in cui raggiungere agenti, coltivatori e altri parti interessate.

“Poiché il COVID-19 continua a rappresentare una preoccupazione, molte delle informazioni che condividiamo non avverranno necessariamente durante riunioni faccia a faccia, ma avverranno tramite video o riunioni Zoom”, ha affermato Heiniger. “Penso che sarà la nostra forma di comunicazione predominante finché non avremo un vaccino o qualcosa non cambierà”.

I docenti CALS e gli specialisti dell'estensione hanno già avuto successo giornate campali virtuali, webinar e innumerevoli conversazioni telefoniche.

Oltre a collaborare con agenti di divulgazione, coltivatori e comunità agricola, il team del progetto prevede anche di collaborare con politici, regolatori e pubblico in generale.

“L’altra sfida sarà la comunicazione con il grande pubblico, non solo con la comunità agricola”, ha affermato Theissen. “Dobbiamo comunicare bene con il grande pubblico sui vantaggi e sulla sostenibilità a lungo termine dell’utilizzo di questi funghi. E non possiamo dimenticare i gruppi regolatori e i politici. Fortunatamente, abbiamo già incontrato i gruppi delle parti interessate per parlare dei loro interessi e delle loro preoccupazioni riguardo al nostro progetto, quindi abbiamo iniziato presto”.

Jason Delborne, un ricercatore con il Centro di ingegneria genetica e società e il College of Natural Resources, guideranno gli sforzi per valutare l’opinione pubblica e analizzare il potenziale percorso normativo per le tecniche di introduzione di funghi vegetali benefici nelle colture.

Questo progetto interdisciplinare è finanziato dal programma di finanziamento iniziale GRIP4PSI, basato sul documento 2016 dell'Ufficio statale per la ricerca e l'innovazione della NC Programma di incentivi per la ricerca rivoluzionaria (PRESA). Il nuovo programma è guidato dall’Ufficio per la ricerca e l’innovazione in collaborazione con otto college e uffici dello Stato NC. GRIP4PSI è destinato a sostenere idee visionarie nel campo delle scienze vegetali che si tradurranno in finanziamenti su larga scala, un impatto significativo per la ricerca futura e un'istruzione e formazione universitaria interdisciplinare di prima classe.

LA NOSTRA RICERCA INTERDISCIPLINARE FORNISCE SOLUZIONI PER IL MONDO REALE.

Questo post è stato originariamente pubblicato in Notizie sull'Università di Agricoltura e Scienze della Vita.

Fonte articolo originale: WRAL TechWire