농작물 탄력성을 높이기 위해 '친화적인' 곰팡이를 사용하는 NC 주 팀

NC 주립대학의 학제간 연구자 팀은 옥수수, 콩, 밀, 대마, 스위치그래스 등 5가지 주요 작물에서 발견되는 유익한 곰팡이를 식별하기 위한 야심찬 3개년 프로젝트에 착수했습니다.

팀은 다음이 주도합니다. 크리스틴 호크스, 식물 및 미생물 생물학과 교수. 유익한 곰팡이가 확인되면 팀은 곰팡이 종이 식물이 질병을 예방하고 가뭄 스트레스를 견디는 데 어떻게 도움이 되는지 파악하기 위해 노력할 것입니다.

또한 팀은 현장에 존재하는 곰팡이 유형을 감지하는 도구와 존재하는 곰팡이 군집을 개선하는 방법(예: 장 건강을 개선하기 위해 요구르트를 먹는 것)에 대해서도 연구할 것입니다.

"우리의 가장 중요한 목표는 식물 잎에 유익한 곰팡이를 사용하여 식물 건강 관리를 개선하고 작물의 지속 가능성을 높이는 것입니다."라고 Hawkes는 말했습니다. 미생물군집과 복잡한 미생물 군집 클러스터, ㅏ 교육감 교수진 우수 프로그램 우수 클러스터. "우리는 가뭄이나 질병과 같은 스트레스로 인한 불필요한 작물 수확량 손실을 완화하여 식량 공급을 안전하게 늘리고 세계에 더 나은 식량을 제공하는 데 도움이 되기를 바랍니다."

이 프로젝트는 NC State가 선정한 4개의 학제간 프로젝트 중 하나입니다. 연구혁신실 농업이 직면한 전 세계적인 문제를 해결하기 위해 종자 자금을 지원받기 위해 노스캐롤라이나 식물 과학 이니셔티브 (NC PSI).

현장에서 친숙한 곰팡이 찾기

지난 여름, Hawkes와 그녀의 팀은 옥수수, 콩, 밀의 잎과 잠재적인 바이오 연료 작물 스위치그래스에 서식하는 곰팡이 샘플을 수집했습니다.

다음이 주도하는 공식 다양성 테스트 프로그램을 사용합니다. 라이언 하이니거, 팀은 주 전역의 연구 스테이션과 협력 농민의 밭에서 잎 샘플을 수집했습니다. 그들은 현재 확인 중인 잎에서 약 3,000종의 다양한 곰팡이를 분리했습니다.

이제 Hawkes와 그녀의 팀은 이러한 곰팡이를 분석하여 품종, 작물, 위치 및 지역에 따라 종이 어떻게 달라지는지 확인하고 있습니다. 아마도 그들은 일부 곰팡이는 콩에만 있고 다른 곰팡이는 해안 지역에서 더 흔하며 세 번째 그룹은 특정 해충이 감염된 들판에서 흔히 발견될 것입니다. 궁극적으로 이 정보는 중재를 위한 최상의 규모를 결정하는 데 도움이 될 것입니다.

다음으로, 팀은 미국 농무부-농업 연구국 연구원들과 협력하여 질병이나 가뭄으로부터 식물을 "구출"하는 능력이 있는 들판에서 발견된 곰팡이 종 중 일부를 선택할 것입니다. 피터 발린트-커티, 지나 브라운-게디라 그리고 안나 로크.

처음에 그들은 마이크로플레이트에 분리된 잎을 사용하여 소수의 밀 및 옥수수 병원체에 대해 많은 곰팡이를 신속하게 선별할 것입니다. 병원체 감염을 예방하는 것들은 식물 전체를 보호하는지 확인하기 위해 보다 현실적인 조건에서 테스트될 것입니다.

거기에서 그들은 어떤 곰팡이가 유익하고 분자 수준에서 어떻게 도움이 되는지 결정할 것입니다. 예를 들어, 일부 곰팡이는 식물 호르몬을 생산하는 반면 다른 곰팡이는 숙주를 보호하기 위해 항생제를 방출하는 것으로 알려져 있습니다. 로스 소짜니, 식물 및 미생물 생물학 연구원, 크라노스 윌리엄스전기 및 컴퓨터 공학 연구원인 는 계산 모델링 도구를 사용하여 관찰된 이점에 가장 큰 영향을 미칠 가능성이 있는 유전자를 식별할 것입니다.

"한 가지 큰 과제는 이러한 곰팡이가 유익한 효과를 발휘하는 분자 메커니즘을 이해하는 것입니다."라고 말했습니다. 네이선 크룩, 화공생명공학과 연구원. "이러한 메커니즘에 대한 지식은 식물 특성을 개선하기 위한 추가 기술을 개발하도록 영감을 주거나 다른 유익한 유기체를 식별할 수 있게 해줄 수 있습니다."

이 과제를 해결하기 위해 Crook은 다음과 협력할 것입니다. 케빈 가르시아작물 및 토양 과학 연구원인 , 식물에 대한 혜택을 향상시키는 방식으로 곰팡이 유전자를 조작하기 위한 CRISPR 도구를 개발합니다. 이러한 도구는 작물 질병 및 스트레스 관리를 위해 곰팡이 공생체를 사용하는 능력에 혁명을 일으킬 수 있습니다.

프로젝트의 두 번째 부분은 현장에서 다양한 유익한 곰팡이의 존재를 신속하게 감지하는 도구를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 이는 이러한 곰팡이를 작물 관리 도구로 사용하는 데 중요합니다. 이 부분을 주도하는 부분은 마이클 쿠데노프, 전기 및 컴퓨터 공학과 연구원.

Kudenov는 다양한 화학 물질을 "지문"하는 데 일반적으로 사용되는 벤치탑 기계를 사용하여 실험실에서 시작하여 식물 잎 내부와 그 자체의 곰팡이를 관찰하여 유익한 종에 특정한 마커를 찾아내려고 시도합니다.

연구팀은 곰팡이 표지를 식별하는 것 외에도 각 곰팡이 종에 대한 표지가 얼마나 구체적인지, 그리고 탐지하려면 잎에 곰팡이가 얼마나 많이 있어야 하는지를 결정해야 합니다.

이러한 과제를 해결한 후 Kudenov와 그의 팀은 유익한 곰팡이를 현장에서 탐지하고 궁극적으로 노스캐롤라이나 생산자를 돕기 위해 휴대용 센서를 개발하는 데 노력할 것입니다. 와 협력하여 조쉬 그레이, 연구원 지리공간 분석 센터 천연자원대학에서는 나뭇잎 수준의 감지를 드론의 항공 이미지와 연결하여 보다 신속하고 광범위한 평가가 가능하도록 시도할 것입니다.

"나는 내 자신의 작은 거품 속에 머무르는 것보다 농업 및 생명 과학 대학의 연구원들과 함께 일한 이후로 더 많은 것을 배웠습니다."라고 Kudenov는 말했습니다. 더 나은 고구마를 위한 빅데이터 GRIP4PSI 프로젝트. “또한 이와 같은 학제간 연구는 특히 노스캐롤라이나에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 이 경우 우리는 심각한 문제를 안고 있는 이해관계자 및 사람들과 긴밀하게 소통하고 있으며, 그 중 상당수는 그들의 생계에 영향을 미칩니다. 그래서 의미가 더 커진다”고 말했다.

현장에서 언덕까지 이해관계자 교육

Hawkes와 나머지 팀은 재배자, 생산자 및 기타 이해관계자와 협력하는 것이 프로젝트에 매우 중요하다는 데 동의합니다. 실제로 재배자들과 협력하여 그들의 요구 사항을 파악하고 유용한 곰팡이의 이점에 대해 교육하는 것이 프로젝트의 세 번째 부분입니다.

린지 티센곤충학 및 식물병리학과의 연구원이자 확장 전문가인 라이언 하이니거(Ryan Heiniger)가 이 부분을 이끌게 됩니다.

처음에 Thiessen과 Heiniger는 정기적인 옥수수, 콩 및 밀 교육을 통해 Extension 에이전트를 교육하는 데 중점을 둘 것입니다. NC Cooperative Extension 에이전트는 노스캐롤라이나 전역에서 작업하므로 농부에게 직접 연구 기반 솔루션을 제공하고 식물 잎 안에 사는 유익한 곰팡이에 대해 교육하는 것이 중요합니다.

"훈련을 위해 처리된 식물과 처리되지 않은 식물을 가져올 수도 있습니다"라고 Thiessen은 말했습니다. “또는 현미경과 배양판을 가져와 곰팡이가 어떻게 생겼는지 알려줄 수도 있습니다. 비록 현미경적이지만 접시 위에 솜털 같은 곰팡이를 보는 것은 대개 꽤 재미있습니다.”

실제 시연과 상담원과의 대화 외에도 Thiessen과 그녀의 팀은 정보에 대한 접근성을 높이는 데 도움이 되는 정보 자료를 제작할 것입니다. 그리고 GRIP4PSI 프로젝트가 진행됨에 따라 그녀는 처리된 분야와 처리되지 않은 분야를 시연하고 유익한 곰팡이가 상업적인 분야에 어떻게 적용될 수 있는지 설명할 수 있을 것입니다. 연구는 아직 초기 단계이지만 GRIP4PSI 팀은 유익한 곰팡이를 식재 중에 밭에 적용하거나 질병이나 스트레스 제어에 필요한 치료법으로 밭에 적용할 수 있다고 상상합니다.

물론, 코로나19 팬데믹과 대면 교육, 현장 실습, 상품 회의가 올해 평소와 같이 개최될지 여부에 대한 불확실함으로 인해 팀은 대리인, 재배자 및 기타 다른 사람들에게 다가갈 수 있는 방법을 다시 생각하게 되었습니다. 이해관계자.

Heiniger는 “COVID-19가 계속해서 우려되고 있기 때문에 우리가 공유하는 많은 정보는 반드시 대면 회의가 아니라 비디오나 Zoom 회의를 통해 이루어질 것입니다.”라고 Heiniger는 말했습니다. “백신이 나오거나 뭔가 변화가 생길 때까지 이것이 우리의 주된 의사소통 형태가 될 것이라고 생각합니다.”

CALS 교수진과 Extension 전문가들은 이미 성공적인 결과를 얻었습니다. 가상 현장 일, 웹 세미나 및 수많은 전화 대화.

확장 대리인, 재배자 및 농업 공동체와 협력하는 것 외에도 프로젝트 팀은 정치인, 규제 기관 및 일반 대중과도 협력할 계획입니다.

"또 다른 과제는 농업계뿐만 아니라 일반 대중과의 소통이 될 것입니다"라고 Theissen은 말했습니다. “우리는 이러한 곰팡이 사용의 이점과 장기적인 지속 가능성에 대해 일반 대중과 잘 소통해야 합니다. 그리고 규제 단체와 정치인도 빼놓을 수 없습니다. 다행스럽게도 우리는 이미 이해관계자 그룹을 만나 우리 프로젝트에 대한 관심과 우려 사항에 대해 이야기를 나눴기 때문에 일찍 시작했습니다.”

제이슨 델본, 연구원 유전 공학 및 사회 센터 그리고 천연자원 대학은 여론을 평가하고 유익한 식물 곰팡이를 작물에 도입하는 기술에 대한 잠재적인 규제 경로를 분석하는 노력을 주도할 것입니다.

이 학제간 프로젝트는 노스캐롤라이나 주 연구혁신처(Office of Research and Innovation)의 2016년 연구 결과를 바탕으로 GRIP4PSI 종자 자금 지원 프로그램의 지원을 받습니다. 판도를 바꾸는 연구 인센티브 프로그램 (꽉 붙잡음). 새로운 프로그램은 NC 주립 대학 8개 및 사무실과 협력하여 연구 및 혁신 사무국(Office of Research and Innovation)이 주도합니다. 그립4PSI 대규모 자금 지원, 미래 연구에 의미 있는 영향, 최고 수준의 학제간 대학원 교육 및 훈련을 가져올 식물 과학의 비전 있는 아이디어를 지원하기 위한 것입니다.

우리의 학제간 연구는 실제 솔루션을 제공합니다.

이 게시물은 원래 출판된 농업 및 생명 과학 대학 뉴스.

원본 기사 출처: WRAL TechWire