Zespół stanu NC wykorzystuje „przyjazne” grzyby w celu zwiększenia odporności upraw
Data opublikowania:Interdyscyplinarny zespół naukowców z NC State rozpoczyna ambitny trzyletni projekt mający na celu identyfikację pożytecznych grzybów występujących w pięciu kluczowych uprawach: kukurydzy, soi, pszenicy, konopiach i rózgowce.
Zespołem kieruje Krystyna Hawkes, profesor w Zakładzie Biologii Roślin i Mikrobiologii. Po zidentyfikowaniu pożytecznych grzybów zespół zajmie się ustaleniem, w jaki sposób gatunki grzybów pomagają roślinom zwalczać choroby i tolerować stres związany z suszą.
Zespół będzie także pracować nad narzędziami do wykrywania rodzajów grzybów występujących na polu oraz metodami poprawiającymi liczebność społeczności grzybów – np. jedzenie jogurtu w celu poprawy zdrowia jelit.
„Naszym nadrzędnym celem jest poprawa zarządzania zdrowiem roślin i zwiększenie trwałości upraw poprzez wykorzystanie pożytecznych grzybów w liściach roślin” – powiedział Hawkes, który jest również członkiem Mikrobiomy i klaster złożonych społeczności drobnoustrojów, A Program doskonałości wydziału rektora klaster doskonałości. „Mamy nadzieję złagodzić niepotrzebne straty w plonach spowodowane stresami takimi jak susza i choroby, co pomoże nam bezpiecznie zwiększyć nasze dostawy żywności i lepiej nakarmić świat”.
Projekt jest jednym z czterech interdyscyplinarnych projektów wybranych przez NC State's Biuro Badań i Innowacji otrzymać fundusze zalążkowe, aby sprostać globalnym wyzwaniom stojącym przed rolnictwem, określonym przez Inicjatywa nauk o roślinach w Karolinie Północnej (NCPSI).
ZNAJDŹ PRZYJAZNE GRZYBY NA POLU
Zeszłego lata Hawkes i jej zespół zebrali próbki grzybów żyjących w liściach kukurydzy, soi, pszenicy i rózgowca, który może być rośliną uprawną do biopaliw.
Korzystanie z oficjalnego programu badania odmian prowadzonego przez Ryana Heinigerazespół zebrał próbki liści z lokalizacji w całym stanie, zarówno ze stacji badawczych, jak i z pól rolników partnerskich. Z liści wyizolowali około 3000 różnych grzybów, które obecnie identyfikują.
Teraz Hawkes i jej zespół analizują te grzyby, aby określić, w jaki sposób gatunki różnią się w zależności od odmiany, uprawy, lokalizacji i regionu. Być może odkryją, że niektóre grzyby występują tylko w nasionach soi, inne występują częściej w regionach przybrzeżnych, a trzecia grupa jest powszechna na polach dotkniętych określonym szkodnikiem. Ostatecznie informacje te pomogą im wybrać najlepszą skalę interwencji.
Następnie zespół we współpracy z badaczami Departamentu Rolnictwa i Badań Rolniczych Stanów Zjednoczonych wybierze niektóre gatunki grzybów znalezione na polach pod kątem ich zdolności do „ratowania” roślin przed chorobami lub suszą. Petera Balint-Kurti, Gina Brown-Guedira I Anna Locke.
Początkowo będą wykorzystywać oddzielone liście w mikropłytkach do szybkiego badania wielu grzybów pod kątem niewielkiej liczby patogenów pszenicy i kukurydzy. Te, które zapobiegają infekcji patogenami, zostaną przetestowane w bardziej realistycznych warunkach, aby sprawdzić, czy chronią całe rośliny.
Na tej podstawie określą, które grzyby są pożyteczne i w jaki sposób są pomocne na poziomie molekularnym. Wiadomo na przykład, że niektóre grzyby wytwarzają hormony roślinne, inne natomiast wydzielają antybiotyki, aby chronić swoich żywicieli. Rossa Sozzaniego, badacz biologii roślin i drobnoustrojów oraz Cranosa Williamsa, badacz w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej, wykorzysta narzędzia modelowania obliczeniowego do zidentyfikowania genów najprawdopodobniej odpowiedzialnych za zaobserwowane korzyści.
„Dużym wyzwaniem będzie zrozumienie mechanizmów molekularnych, dzięki którym grzyby wywierają korzystne działanie” – stwierdził Nathana Crooka, pracownik naukowy w Katedrze Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej. „Znajomość tych mechanizmów może zainspirować nas do opracowania dodatkowych technologii poprawiających cechy roślin lub pozwolić nam zidentyfikować inne organizmy pożyteczne”.
Aby sprostać temu wyzwaniu, Crook będzie współpracować z Kevina Garcii, badacz w dziedzinie nauk o uprawach i glebie, w celu opracowania narzędzi CRISPR do manipulowania genami grzybów w sposób zwiększający ich korzyści dla rośliny. Narzędzia te mogą zrewolucjonizować naszą zdolność do stosowania symbiontów grzybowych w leczeniu chorób upraw i radzenia sobie ze stresem.
Druga część projektu skupia się na opracowaniu narzędzia umożliwiającego szybkie wykrywanie obecności różnych pożytecznych grzybów na polu, co ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania tych grzybów jako narzędzi do zarządzania uprawami. Tę część prowadzi Michał Kudenow, pracownik naukowy w Katedrze Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej.
Zaczynając w laboratorium za pomocą maszyny stołowej powszechnie używanej do „odcisków palców” różnych substancji chemicznych, Kudenov przyjrzy się grzybom – zarówno wewnątrz liści roślin, jak i samym sobie – aby spróbować wskazać markery specyficzne dla pożytecznych gatunków.
Oprócz identyfikacji markerów grzybów zespół będzie musiał określić, na ile specyficzne są te markery dla każdego gatunku grzybów i ile grzyba musi znajdować się w liściu, aby został wykryty.
Po uporaniu się z tymi wyzwaniami Kudenov i jego zespół będą pracować nad opracowaniem przenośnego czujnika, który umożliwi wykrywanie pożytecznych grzybów w terenie i ostatecznie pomoże producentom z Karoliny Północnej. We współpracy z Josha Graya, badacz w Centrum Analityki Geoprzestrzennej w College of Natural Resources spróbują powiązać wykrywanie z poziomu liści ze zdjęciami lotniczymi z dronów, co może pozwolić na szybsze i szersze oceny.
„Od czasu współpracy z naukowcami z Wyższej Szkoły Rolnictwa i Nauk Przyrodniczych nauczyłem się o wiele więcej, niż gdybym pozostał w swojej małej bańce” – powiedział Kudenov, który jest również członkiem Big Data dla lepszych słodkich ziemniaków Projekt GRIP4PSI. „Ponadto interdyscyplinarne badania tego typu stanowią wyjątkową okazję do wywarcia wpływu, szczególnie bezpośrednio na Karolinę Północną. W tym przypadku ściśle współpracujemy z zainteresowanymi stronami i osobami, które mają poważne problemy, z których wiele wpływa na ich źródła utrzymania. To dodaje wiele znaczenia.”
EDUKACJA INTERESARIUSZY OD ZAKRESU DO WZGÓRKI
Hawkes i reszta zespołu zgadzają się, że współpraca z plantatorami, producentami i innymi zainteresowanymi stronami ma kluczowe znaczenie dla ich projektu. Tak naprawdę trzecia część projektu to współpraca z hodowcami w celu określenia ich potrzeb i edukacja na temat korzyści płynących ze stosowania pożytecznych grzybów.
Lindsey Thiessen, badacz i specjalista ds. rozszerzenia w Zakładzie Entomologii i Patologii Roślin, poprowadzi tę część wraz z Ryanem Heinigerem.
Początkowo Thiessen i Heiniger skupią się na kształceniu agentów Extension poprzez regularne szkolenia z zakresu kukurydzy, soi i pszenicy. Ponieważ agenci NC Cooperative Extension działają w całej Karolinie Północnej, dostarczanie rozwiązań opartych na badaniach bezpośrednio rolnikom, edukacja ich na temat pożytecznych grzybów żyjących w liściach roślin ma kluczowe znaczenie.
„Na szkolenie mogę zabrać ze sobą rośliny, które zostały poddane zabiegowi, i takie, które nie” – powiedział Thiessen. „Albo mógłbym przynieść mikroskopy i płytki hodowlane, aby dać im wyobrażenie o tym, jak wyglądają grzyby. Mimo że są mikroskopijne, zazwyczaj fajnie jest patrzeć na puszystego grzyba na talerzu”.
Oprócz praktycznych demonstracji i ciągłych rozmów z agentami Thiessen i jej zespół przygotują arkusze informacyjne, które pomogą zapewnić dostępność informacji. W miarę postępów projektu GRIP4PSI będzie w stanie zademonstrować pola poddane i nieopryskane oraz wyjaśnić, w jaki sposób pożyteczne grzyby można zastosować na polach komercyjnych. Chociaż badania są wciąż na wczesnym etapie, zespół GRIP4PSI uważa, że pożyteczne grzyby można zastosować na polach podczas sadzenia lub jako środek leczniczy stosowany na polu, w razie potrzeby w celu zwalczania chorób lub stresu.
Oczywiście pandemia Covid-19 i niepewność co do tego, czy bezpośrednie szkolenia, dni terenowe i spotkania handlowe odbędą się w tym roku jak zwykle, zmuszają zespół do ponownego przemyślenia, w jaki sposób mogą dotrzeć do agentów, hodowców i innych osób. interesariusze.
„Ponieważ COVID-19 nadal budzi obawy, wiele informacji, które będziemy udostępniać, niekoniecznie będzie odbywać się podczas bezpośrednich spotkań, ale za pośrednictwem filmów lub spotkań na platformie Zoom” – powiedział Heiniger. „Myślę, że to będzie nasza dominująca forma komunikacji, dopóki nie będziemy mieli szczepionki lub coś się nie zmieni”.
Pracownicy wydziału i specjaliści CALS odnieśli już sukcesy wirtualne dni pola, webinary i niezliczone rozmowy telefoniczne.
Oprócz współpracy z agentami Extension, plantatorami i społecznością rolniczą zespół projektowy planuje także nawiązać współpracę z politykami, organami regulacyjnymi i ogółem społeczeństwa.
„Innym wyzwaniem będzie komunikacja ze społeczeństwem, a nie tylko ze społecznością rolniczą” – powiedział Theissen. „Musimy dobrze komunikować się ze społeczeństwem na temat korzyści i długoterminowej stabilności stosowania tych grzybów. Nie możemy też zapomnieć o grupach regulacyjnych i politykach. Na szczęście spotkaliśmy się już z grupami interesariuszy, aby porozmawiać o ich zainteresowaniach i obawach związanych z naszym projektem, więc zaczęliśmy wcześnie”.
Jasona Delborne’a, badacz z Centrum Inżynierii Genetycznej i Społeczeństwa i College of Natural Resources pokierują wysiłkami mającymi na celu ocenę opinii publicznej i analizę potencjalnej ścieżki regulacyjnej w zakresie technik wprowadzania pożytecznych grzybów roślinnych do upraw.
Ten interdyscyplinarny projekt jest finansowany przez program zalążkowy GRIP4PSI, oparty na raporcie NC State Office of Research and Innovation z 2016 r. Program motywacyjny w zakresie badań zmieniających zasady gry (CHWYT). Nowy program jest prowadzony przez Biuro Badań i Innowacji we współpracy z ośmioma uczelniami i biurami stanu NC. GRIP4PSI ma na celu wspieranie wizjonerskich pomysłów w naukach o roślinach, które zaowocują finansowaniem na dużą skalę, znaczącym wpływem na przyszłe badania oraz najwyższej klasy interdyscyplinarnym kształceniem i szkoleniem absolwentów.
NASZE INTERDYSCYPLINARNE BADANIA DOSTARCZAJĄ PRAWDZIWE ROZWIĄZANIA.
Ten wpis był pierwotnie opublikowane w Wiadomościach Wyższej Szkoły Rolnictwa i Nauk Przyrodniczych.
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire