北卡羅來納州立大學團隊使用「友善」真菌來提高作物的恢復能力

北卡羅來納州立大學的一個跨學科研究小組正在啟動一項雄心勃勃的三年期項目，旨在識別五種主要作物中發現的有益真菌：玉米、大豆、小麥、大麻和柳枝稷。

該團隊由以下人員領導 克里斯汀·霍克斯，植物與微生物生物學系教授。一旦確定了有益真菌，研究小組將致力於確定真菌物種如何幫助植物抵抗疾病和耐受乾旱壓力。

該團隊還將致力於開發檢測田地中存在的真菌類型的工具以及改善真菌群落的方法，例如吃優格來改善腸道健康。

「我們的首要目標是透過在植物葉子中使用有益真菌來改善植物健康管理並提高作物可持續性，」霍克斯說，他也是該組織的成員 微生物組和複雜微生物群落集群， A 校長卓越教師計劃 卓越集群。 “我們希望減少因乾旱和疾病等壓力造成的不必要的作物產量損失，這將有助於我們安全地增加糧食供應並更好地養活世界。”

該項目是北卡羅來納州立大學選擇的四個跨學科項目之一 研究與創新辦公室 獲得種子資金，以解決農業面臨的全球挑戰 北卡羅來納州植物科學計劃 （NC PSI）。

在田間尋找友善的真菌

去年夏天，霍克斯和她的團隊收集了生活在玉米、大豆、小麥和潛在生物燃料作物柳枝稷葉子中的真菌樣本。

使用由以下機構領導的官方品種測試計劃 瑞安·海尼格，該團隊從全州各地收集了葉子樣本，包括研究站和合作農民的田地。他們從葉子中分離出了大約 3,000 種不同的真菌，目前正在對其進行鑑定。

現在，霍克斯和她的團隊正在分析這些真菌，以確定這些真菌在品種、作物、地點和地區之間的差異。也許他們會發現一些真菌只存在於大豆中，其他真菌在沿海地區更常見，第三類真菌常見於受特定害蟲困擾的田地。最終，這些資訊將幫助他們決定最佳的干預規模。

接下來，該團隊將與美國農業部農業研究服務部的研究人員合作，選擇一些在田間發現的真菌物種，因為它們能夠「拯救」植物免受疾病或乾旱的影響 彼得·巴林特-庫爾蒂, 吉娜·布朗-格迪拉 和 安娜洛克.

最初，他們將使用微孔板中的分離葉子來快速篩選許多真菌，以對抗少量小麥和玉米病原體。那些防止病原體感染的藥物將在更現實的條件下進行測試，看看它們是否可以保護整個植物。

從那裡，他們將確定哪些真菌是有益的，以及它們如何在分子層面上發揮作用。例如，眾所周知，有些真菌會產生植物激素，而有些真菌則釋放抗生素來保護宿主。 羅斯·索扎尼，植物和微生物生物學研究員，以及 克拉諾斯·威廉斯電氣和計算機工程研究人員將使用計算建模工具來識別最有可能導致任何觀察到的益處的基因。

「一個巨大的挑戰將是了解這些真菌發揮其有益作用的分子機制，」說 內森·克魯克，化學與生物分子工程系研究員。 “對這些機制的了解可以激勵我們開發額外的技術來改善植物性狀，或者可以讓我們識別其他有益的生物體。”

為了應對這項挑戰，克魯克將與 凱文加西亞作物和土壤科學研究人員，開發 CRISPR 工具來操縱真菌基因，從而增強其對植物的益處。這些工具可以徹底改變我們利用真菌共生體進行作物病害和脅迫管理的能力。

該計畫的第二部分重點是開發一種工具來快速檢測田間是否存在不同的有益真菌，這對於使用這些真菌作為作物管理工具至關重要。這部分由 麥可·庫德諾夫，電機與電腦工程系研究員。

庫德諾夫從實驗室中常用的桌上型機器開始，對不同的化學物質進行“指紋識別”，然後觀察真菌（包括植物葉子內部的真菌和真菌本身），試圖找出有益物種的特異性標記。

除了識別真菌標記之外，研究小組還需要確定標記對每種真菌物種的特異性，以及葉子中需要有多少真菌才能被檢測到。

在解決這些挑戰後，庫德諾夫和他的團隊將致力於開發便攜式感測器，將有益真菌的檢測帶到現場，並最終幫助北卡羅來納州的生產商。與合作 喬許·格雷，一位研究員在 地理空間分析中心 在自然資源學院，他們將嘗試將樹葉水平的檢測與無人機的空拍影像聯繫起來，這可能有助於進行更快速和更廣泛的評估。

「自從與農業與生命科學學院的研究人員合作以來，我學到的東西比僅僅呆在自己的小泡泡裡學到的要多得多，」庫德諾夫說，他也是該學院的成員。 大數據讓紅薯更好 GRIP4PSI 項目。 「此外，像這樣的跨學科研究提供了一個獨特的機會來產生影響，特別是直接影響北卡羅來納州。在這種情況下，我們正在與利益相關者和麵臨重大問題的人們密切互動，其中許多問題影響到他們的生計。這增加了很多意義。”

從田間到山上對利害關係人進行教育

霍克斯和團隊其他成員一致認為，與種植者、生產者和其他利益相關者合作對於他們的專案至關重要。事實上，與種植者合作確定他們的需求並教育他們了解有益真菌的好處是該計畫的第三部分。

林賽蒂森昆蟲學和植物病理學系的研究員和推廣專家，將與 Ryan Heiniger 一起領導這一部分。

首先，蒂森和海尼格將專注於透過定期的玉米、大豆和小麥培訓來教育推廣人員。由於北卡羅來納州合作推廣機構在北卡羅來納州各地開展工作，直接向農民提供基於研究的解決方案，因此向他們介紹生活在植物葉子內的有益真菌至關重要。

「為了進行培訓，我可能會帶來一些經過處理的植物和一些未經處理的植物，」蒂森說。 「或者我可能會帶上顯微鏡和培養板，讓他們了解真菌的樣子。儘管它們很小，但觀察盤子裡毛茸茸的真菌通常還是很有趣的。”

除了動手演示和與特工的反覆對話之外，蒂森和她的團隊還將製作情況說明書，以幫助人們獲取資訊。隨著 GRIP4PSI 專案的進展，她將能夠展示經過處理和未經處理的田地，並解釋如何將有益真菌應用於商業田地。儘管研究仍處於早期階段，但 GRIP4PSI 團隊認為有益真菌可以在種植過程中應用於田地，或根據疾病或壓力控制的需要作為一種治療方法應用於田地。

當然，COVID-19 大流行以及今年是否照常舉行面對面培訓、實地考察日和商品會議的不確定性，促使團隊重新思考如何接觸代理商、種植者和其他人員。利害關係人。

Heiniger 說：“由於 COVID-19 一直受到人們的關注，我們分享的許多信息不一定是在面對面的會議上，而是通過視頻或 Zoom 會議。” “我認為這將成為我們主要的溝通方式，直到我們開發出疫苗或發生一些變化。”

CALS 教師和推廣專家已成功舉辦 虛擬實地日、網路研討會和無數的電話交談。

除了與推廣機構、種植者和農業界合作外，專案團隊還計劃與政治家、監管機構和公眾合作。

「另一個挑戰是與公眾的溝通，而不僅僅是農業界，」泰森說。 「我們需要與公眾就使用這些真菌的好處和長期可持續性進行良好溝通。我們不能忘記監管團體和政治人物。幸運的是，我們已經與利益相關者團體會面，討論他們的興趣和對我們項目的擔憂，所以我們很早就開始了。”

賈森·德爾伯恩，一位研究員與 基因工程與社會中心 和自然資源學院將主導評估公眾意見並分析將有益植物真菌引入農作物的技術的潛在監管途徑。

該跨學科計畫由 GRIP4PSI 種子資助計畫資助，該計畫基於北卡羅來納州研究與創新辦公室 2016 年 改變遊戲規則的研究激勵計劃 （緊握）。新計畫由研究與創新辦公室與北卡羅來納州立大學八所學院和辦公室合作領導。 握力4PSI 旨在支持植物科學領域的富有遠見的想法，這些想法將帶來大規模的資助，對未來的研究產生有意義的影響，並提供一流的跨學科研究生教育和培訓。

我們的跨學科研究提供現實世界的解決方案。

這篇文章是 原發表 在農業與生命科學學院新聞。

原文來源： WRAL 技術線