北卡罗来纳州立大学团队使用“友好”真菌来提高作物的恢复能力

北卡罗来纳州立大学的一个跨学科研究团队正在开展一项雄心勃勃的三年项目，旨在识别五种主要作物：玉米、大豆、小麦、大麻和柳枝稷中的有益真菌。

该团队由 克里斯汀·霍克斯植物与微生物生物学系教授。一旦确定了有益真菌，该团队将努力确定真菌物种如何帮助植物抵御疾病和忍受干旱压力。

该团队还将研究检测田间真菌类型的工具以及改善现有真菌群落的方法——例如吃酸奶来改善肠道健康。

“我们的首要目标是通过在植物叶片中使用有益真菌来改善植物健康管理并提高作物的可持续性，”霍克斯说，他也是 微生物组和复杂微生物群落簇， A 校长教师卓越计划 卓越集群。“我们希望减轻干旱和疾病等压力造成的不必要的农作物产量损失，这将帮助我们安全地增加粮食供应并更好地养活世界。”

该项目是北卡罗来纳州立大学选定的四个跨学科项目之一 研究与创新办公室 获得种子资金，以应对农业面临的全球挑战 北卡罗来纳州植物科学计划 （北卡罗莱纳州公共服务中心）。

在田间寻找友好真菌

去年夏天，霍克斯和她的团队收集了玉米、大豆、小麦和潜在生物燃料作物柳枝稷叶片中的真菌样本。

使用由 瑞安·海尼格研究团队从全州各地收集了树叶样本，既有研究站的，也有合作农民的田地。他们从树叶中分离出大约 3,000 种不同的真菌，目前正在进行鉴定。

现在，霍克斯和她的团队正在分析这些真菌，以确定这些物种在不同品种、作物、地点和地区之间的差异。也许他们会发现一些真菌只存在于大豆中，另一些真菌在沿海地区更常见，而第三种真菌在受到特定害虫困扰的田地中很常见。最终，这些信息将帮助他们确定干预措施的最佳规模。

接下来，该团队将与美国农业部农业研究服务处的研究人员合作，选择一些在田间发现的真菌物种，因为它们能够“拯救”植物免受疾病或干旱的影响 彼得·巴林特-库尔蒂, 吉娜·布朗·奎迪拉 和 安娜·洛克.

最初，他们将使用微孔板中的离体叶片快速筛选多种真菌，以抵抗少量小麦和玉米病原体。那些可以预防病原体感染的真菌将在更真实的条件下进行测试，以查看它们是否能保护整株植物。

从那里，他们将确定哪些真菌是有益的，以及它们在分子水平上有何帮助。例如，已知一些真菌会产生植物激素，而另一些真菌会释放抗生素来保护宿主。 罗斯·索扎尼植物和微生物生物学研究员， 克拉诺斯·威廉姆斯电气和计算机工程研究员将使用计算建模工具来识别最有可能对任何观察到的益处负责的基因。

“一个巨大的挑战是了解这些真菌发挥其有益作用的分子机制，”他说。 内森·克鲁克，化学和生物分子工程系的研究员。“了解这些机制可以启发我们开发其他技术来改善植物特性，或者可以让我们识别其他有益生物。”

为了应对这一挑战，Crook 将与 凯文·加西亚，作物和土壤科学研究员，开发 CRISPR 工具，以操纵真菌基因，增强其对植物的益处。这些工具可能会彻底改变我们利用真菌共生体进行作物病害和压力管理的能力。

该项目的第二部分重点是开发一种工具，用于快速检测田地中不同有益真菌的存在，这对于将这些真菌用作作物管理工具至关重要。这部分由 米歇尔·库德诺夫，电气与计算机工程系研究员。

库德诺夫将在实验室中利用一台常用于“指纹识别”不同化学物质的台式机器开始研究真菌（包括植物叶子内部的真菌和真菌本身），以尝试找出有益物种特有的标记。

除了识别真菌标记外，研究小组还需要确定标记对每种真菌物种的特异性，以及叶子中需要有多少真菌才能被检测到。

在解决这些挑战之后，库德诺夫和他的团队将致力于开发一种便携式传感器，将有益真菌的检测带到田间，并最终帮助北卡罗来纳州的生产商。与 乔什·格雷，研究员 地理空间分析中心 在自然资源学院，他们将尝试将叶子层面的检测与无人机的航拍图像联系起来，这可能允许进行更快、更广泛的评估。

“自从与农业与生命科学学院的研究人员一起工作以来，我学到了很多东西，比仅仅呆在自己的小圈子里学到的东西要多得多，”库德诺夫说，他也是 大数据助力红薯品质提升 GRIP4PSI 项目“此外，像这样的跨学科研究提供了一个产生影响的独特机会，尤其是直接影响北卡罗来纳州。在这种情况下，我们与利益相关者和面临重大问题的人密切互动，其中许多问题影响了他们的生计。这增加了很多意义。”

教育从田野到山区的利益相关者

霍克斯和团队的其他成员一致认为，与种植者、生产者和其他利益相关者的合作对他们的项目至关重要。事实上，与种植者合作确定他们的需求并教育他们了解有益真菌的好处是该项目的第三部分。

林赛·蒂森昆虫学和植物病理学系的研究员和推广专家将与 Ryan Heiniger 一起领导这一部分。

首先，Thiessen 和 Heiniger 将通过定期的玉米、大豆和小麦培训，重点培训推广人员。由于北卡罗来纳州合作推广人员遍布北卡罗来纳州，直接向农民提供基于研究的解决方案，因此向他们介绍植物叶子内的有益真菌至关重要。

“为了进行培训，我可能会带一些经过处理的植物和一些没有经过处理的植物，”蒂森说。“或者我可能会带显微镜和培养皿，让他们了解真菌的样子。尽管它们很小，但观察培养皿里蓬松的真菌通常很有趣。”

除了亲身示范和与代理商的反复对话外，Thiessen 和她的团队还将制作情况说明书，以帮助人们获取信息。随着 GRIP4PSI 项目的进展，她将能够展示经过处理和未经处理的田地，并解释如何将有益真菌应用于商业田地。虽然研究仍处于早期阶段，但 GRIP4PSI 团队设想，有益真菌可以在种植期间应用于田地，或作为疾病或压力控制所需的处理方法应用于田地。

当然，COVID-19 疫情以及今年面对面培训、实地考察日和商品会议是否会照常举行的不确定性，促使该团队重新思考如何接触代理商、种植者和其他利益相关者。

“由于 COVID-19 一直令人担忧，我们分享的很多信息不一定是在面对面的会议上，而是通过视频或 Zoom 会议进行，”Heiniger 说。“我认为，在我们研发出疫苗或情况发生变化之前，这将成为我们的主要沟通方式。”

CALS 教职员工和推广专家已经成功举办了 虚拟实地考察日、网络研讨会和无数次电话交谈。

除了与推广人员、种植者和农业社区合作外，该项目团队还计划与政界人士、监管机构和公众合作。

“另一个挑战是与公众的沟通，而不仅仅是农业界，”泰森说。“我们需要与公众进行良好的沟通，让他们了解使用这些真菌的好处和长期可持续性。我们不能忘记监管团体和政客。幸运的是，我们已经与利益相关者团体会面，谈论他们对我们项目的利益和担忧，所以我们很早就开始了。”

杰森·德尔伯恩，一位研究人员 基因工程与社会中心 和自然资源学院将负责评估公众意见并分析将有益植物真菌引入农作物的技术的潜在监管途径。

该跨学科项目由 GRIP4PSI 种子基金项目资助，该项目基于北卡罗来纳州立大学研究与创新办公室 2016 年的 改变游戏规则的研究激励计划 （GRIP）。新项目由研究与创新办公室与北卡罗来纳州立大学八所学院和办公室合作牵头。 GRIP4PSI 旨在支持植物科学领域的远见卓识，从而带来大规模资金、对未来研究产生有意义的影响以及一流的跨学科研究生教育和培训。

我们的跨学科研究提供了现实世界的解决方案。

这篇文章是 最初发表 在农业与生命科学学院新闻。

原文来源： WRAL 技术线