NC State-team gebruikt 'vriendelijke' schimmels om de veerkracht van gewassen te vergroten

Een interdisciplinair team van onderzoekers van NC State begint aan een ambitieus driejarig project om de nuttige schimmels te identificeren die voorkomen in vijf belangrijke gewassen: maïs, soja, tarwe, hennep en switchgrass.

Het team wordt geleid door Christine Hawkes, hoogleraar bij de afdeling Planten- en microbiële biologie. Zodra de nuttige schimmels zijn geïdentificeerd, zal het team proberen te bepalen hoe de schimmelsoorten planten helpen ziekten af te weren en droogtestress te verdragen.

Het team zal ook werken aan hulpmiddelen om de soorten schimmels in een veld te detecteren en aan methoden om de aanwezige schimmelgemeenschap te verbeteren – zoals het eten van yoghurt om de darmgezondheid te verbeteren.

“Ons overkoepelende doel is het verbeteren van het beheer van de plantgezondheid en het vergroten van de duurzaamheid van gewassen door het gebruik van nuttige schimmels in plantenbladeren”, zegt Hawkes, die ook lid is van de Microbiomen en complexe microbiële gemeenschappencluster, A Het facultaire uitmuntendheidsprogramma van de bondskanselier cluster van uitmuntendheid. “We hopen onnodige oogstverliezen als gevolg van stress als droogte en ziekte te beperken, wat ons zal helpen onze voedselvoorziening veilig te vergroten en de wereld beter te voeden.”

Het project is een van de vier interdisciplinaire projecten die door NC State zijn geselecteerd Bureau voor Onderzoek en Innovatie om startkapitaal te ontvangen om de mondiale uitdagingen aan te pakken waarmee de landbouw wordt geconfronteerd, geïdentificeerd door de North Carolina Plant Sciences-initiatief (NC PSI).

VRIENDELIJKE PADDESTOELEN VINDEN OP HET VELD

Afgelopen zomer verzamelden Hawkes en haar team monsters van schimmels die leven in de bladeren van maïs, soja, tarwe en het potentiële biobrandstofgewas switchgrass.

Met behulp van het officiële rassentestprogramma onder leiding van Ryan Heinigerverzamelde het team bladmonsters op locaties in de staat, zowel van onderzoeksstations als van de velden van partnerboeren. Ze isoleerden ongeveer 3.000 verschillende schimmels uit de bladeren, die ze momenteel identificeren.

Nu analyseren Hawkes en haar team deze schimmels om te bepalen hoe de soort varieert tussen variëteiten, gewassen, locaties en regio's. Misschien zullen ze ontdekken dat sommige schimmels alleen in sojabonen voorkomen, andere vaker voorkomen in kustgebieden, en een derde groep veel voorkomt in velden die worden geplaagd door een bepaalde plaag. Uiteindelijk zal deze informatie hen helpen de beste schaal voor interventies te bepalen.

Vervolgens zal het team enkele van de schimmelsoorten selecteren die in velden zijn aangetroffen op hun vermogen om planten te ‘redden’ van ziekten of droogte, in samenwerking met onderzoekers van het Amerikaanse ministerie van landbouw en landbouwonderzoek. Peter Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira En Anna Locke.

In eerste instantie zullen ze losse bladeren in microtiterplaten gebruiken om snel veel schimmels te screenen tegen een klein aantal tarwe- en maïspathogenen. Degenen die infectie met pathogenen voorkomen, zullen in realistischere omstandigheden worden getest om te zien of ze hele planten beschermen.

Van daaruit zullen ze bepalen welke schimmels nuttig zijn en hoe ze nuttig zijn op moleculair niveau. Het is bijvoorbeeld bekend dat sommige schimmels plantenhormonen produceren, terwijl andere antibiotica afgeven om hun gastheren te beschermen. Ross Sozzani, een onderzoeker in Planten- en Microbiële Biologie, en Cranos Williams, een onderzoeker in Electrical and Computer Engineering, zal computationele modelleringstools gebruiken om de genen te identificeren die hoogstwaarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor eventuele waargenomen voordelen.

“Een grote uitdaging zal zijn om de moleculaire mechanismen te begrijpen waarmee deze schimmels hun gunstige effecten uitoefenen”, zegt hij Nathan Krook, een onderzoeker bij de afdeling Chemische en Biomoleculaire Technologie. “Kennis van deze mechanismen zou ons kunnen inspireren om aanvullende technologieën te ontwikkelen om de eigenschappen van planten te verbeteren, of zou ons in staat kunnen stellen andere nuttige organismen te identificeren.”

Om deze uitdaging aan te gaan, gaat Crook samenwerken met Kevin Garcia, een onderzoeker in gewas- en bodemwetenschappen, om CRISPR-hulpmiddelen te ontwikkelen voor het manipuleren van schimmelgenen op manieren die hun voordelen voor de plant vergroten. Deze hulpmiddelen kunnen een revolutie teweegbrengen in ons vermogen om schimmelsymbionten te gebruiken voor gewasziekten en stressmanagement.

Een tweede deel van het project is gericht op het ontwikkelen van een hulpmiddel om snel de aanwezigheid van verschillende nuttige schimmels in een veld te detecteren, wat van cruciaal belang is voor het gebruik van deze schimmels als hulpmiddel voor gewasbeheer. Dit onderdeel wordt geleid door Michaël Kudenov, een onderzoeker bij de afdeling Elektrotechniek en Computertechniek.

Beginnend in het laboratorium met een tafelmodel machine die gewoonlijk wordt gebruikt om verschillende chemicaliën te 'fingerprinten', zal Kudenov naar de schimmels kijken - zowel in de bladeren van planten als op zichzelf - om te proberen markers te lokaliseren die specifiek zijn voor de nuttige soort.

Naast het identificeren van schimmelmarkers zal het team moeten bepalen hoe specifiek de markers zijn voor elke schimmelsoort en hoeveel schimmel er in het blad moet zitten om gedetecteerd te worden.

Nadat ze deze uitdagingen hebben aangepakt, zullen Kudenov en zijn team werken aan de ontwikkeling van een draagbare sensor om de detectie van nuttige schimmels op het veld te brengen, en uiteindelijk om producenten in North Carolina te helpen. In samenwerking met Jos Gray, een onderzoeker in de Centrum voor Geospatiale Analyse in het College of Natural Resources zullen ze proberen detectie vanaf bladniveau te koppelen aan luchtbeelden van drones, wat snellere en uitgebreidere beoordelingen mogelijk kan maken.

“Ik heb veel meer geleerd sinds ik met onderzoekers van het College of Agriculture and Life Sciences heb gewerkt dan wanneer ik alleen maar in mijn eigen kleine bubbel zou blijven zitten”, zegt Kudenov, die ook lid is van de big data voor betere zoete aardappelen GRIP4PSI-project. “Bovendien biedt interdisciplinair onderzoek als dit een unieke kans om impact te hebben, vooral rechtstreeks voor North Carolina. In dit geval werken we nauw samen met belanghebbenden en mensen die aanzienlijke problemen hebben, waarvan er vele hun levensonderhoud beïnvloeden. Dat voegt veel betekenis toe.”

STAKEHOLDERS OPLEIDEN VAN HET VELD TOT DE HEUVEL

Hawkes en de rest van het team zijn het erover eens dat samenwerken met telers, producenten en andere belanghebbenden van cruciaal belang is voor hun project. Het derde deel van het project is het samenwerken met telers om hun behoeften te bepalen en hen voor te lichten over de voordelen van nuttige schimmels.

Lindsey Thiessen, een onderzoeker en uitbreidingsspecialist bij de afdeling Entomologie en Plantenpathologie, zal dit onderdeel samen met Ryan Heiniger leiden.

In eerste instantie zullen Thiessen en Heiniger zich concentreren op het opleiden van extensieagenten door middel van reguliere maïs-, soja- en tarwetrainingen. Omdat NC Cooperative Extension-agenten in heel North Carolina actief zijn en op onderzoek gebaseerde oplossingen rechtstreeks aan boeren leveren, is het van cruciaal belang hen voor te lichten over de nuttige schimmels die in de bladeren van planten leven.

“Voor de training neem ik misschien een aantal planten mee die zijn behandeld en andere die dat nog niet hebben gedaan,” zei Thiessen. “Of ik neem misschien microscopen en kweekplaten mee om ze een idee te geven hoe de schimmels eruit zien. Ook al zijn ze microscopisch klein, toch is het meestal best leuk om naar een donzige schimmel op een bord te kijken.”

Naast de praktijkdemonstraties en heen-en-weergesprekken met de agenten, zullen Thiessen en haar team factsheets produceren om de informatie toegankelijk te maken. En naarmate het GRIP4PSI-project vordert, zal ze behandelde en onbehandelde velden kunnen demonstreren en uitleggen hoe de nuttige schimmels kunnen worden toegepast op commerciële velden. Hoewel het onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt, denkt het GRIP4PSI-team dat nuttige schimmels tijdens het planten op velden kunnen worden toegepast, of als behandeling op een veld kunnen worden toegepast als dat nodig is voor ziekte- of stressbeheersing.

De COVID-19-pandemie en de onzekerheid of er dit jaar persoonlijke trainingen, velddagen en productbijeenkomsten zullen plaatsvinden zoals gewoonlijk, zorgen er natuurlijk voor dat het team opnieuw gaat nadenken over hoe ze agenten, telers en andere bedrijven kunnen bereiken. belanghebbenden.

“Aangezien COVID-19 een punt van zorg blijft, zal veel van de informatie die we delen niet noodzakelijkerwijs tijdens persoonlijke ontmoetingen plaatsvinden, maar via video’s of via Zoom-vergaderingen”, aldus Heiniger. “Ik denk dat dit onze belangrijkste vorm van communicatie zal zijn totdat we een vaccin hebben of er iets verandert.”

CALS-faculteit- en uitbreidingsspecialisten zijn al succesvol geweest virtuele velddagen, webinars en talloze telefoongesprekken.

Naast de samenwerking met voorlichtingsagenten, telers en de agrarische gemeenschap, is het projectteam ook van plan om in gesprek te gaan met politici, toezichthouders en het grote publiek.

“De andere uitdaging zal de communicatie met het grote publiek zijn, en niet alleen met de landbouwgemeenschap”, zei Theissen. “We moeten goed communiceren met het grote publiek over de voordelen en de duurzaamheid op lange termijn van het gebruik van deze schimmels. En we mogen de regelgevende groepen en politici niet vergeten. Gelukkig hebben we al groepen belanghebbenden ontmoet om te praten over hun belangen en hun zorgen met betrekking tot ons project, dus we zijn vroeg begonnen.”

Jason Delborne, een onderzoeker bij de Centrum voor genetische manipulatie en samenleving en het College of Natural Resources, zullen leiding geven aan de inspanningen om de publieke opinie te beoordelen en het potentiële regelgevingstraject te analyseren voor technieken om nuttige plantenschimmels in gewassen te introduceren.

Dit interdisciplinaire project wordt gefinancierd door het GRIP4PSI startfinancieringsprogramma, gebaseerd op het NC State Office of Research and Innovation's 2016 Baanbrekend onderzoekstimuleringsprogramma (GRIP). Het nieuwe programma wordt geleid door het Office of Research and Innovation in samenwerking met acht NC State-hogescholen en -kantoren. GRIP4PSI is bedoeld om visionaire ideeën in de plantenwetenschappen te ondersteunen die zullen resulteren in grootschalige financiering, betekenisvolle impact voor toekomstig onderzoek en eersteklas interdisciplinair graduate onderwijs en training.

ONS INTERDISCIPLINAIR ONDERZOEK LEVERT REAL-WORLD OPLOSSINGEN.

Dit bericht was oorspronkelijk gepubliceerd in Nieuws van het College of Agriculture and Life Sciences.

Originele artikelbron: WRAL TechWire