Розумні ґрунтові клопи пропонують фермерам екологічно чистий шлях боротьби з такими хворобами, як картопляна парша

Інноваційний метод контролю низки шкідливих хвороб сільськогосподарських культур з використанням місцевих, корисних ґрунтових бактерій з’явився в результаті співпраці дослідницько-промислової діяльності. Агротехнологічна інновація сподівається дати фермерам можливість знизити витрати та шкоду для навколишнього середовища, завдану хімічними обробками, які зараз використовуються для боротьби з хворобами сільськогосподарських культур, такими як звичайна парша на картоплі.

Команда Центру Джона Іннеса у Великобританії виділила та випробувала сотні штамів Pseudomonas бактерій із ґрунту комерційного картопляного поля, а потім секвенував геноми 69 цих штамів. Шляхом порівняння геномів тих штамів, які пригнічують патогенний мікроорганізм У порівнянні з тими, хто цього не зробив, команда змогла визначити ключовий механізм у деяких штамів, які захищали врожай картоплі від шкідливих хвороботворних бактерій.

Потім, використовуючи комбінацію хімії, генетики та експериментів із зараженням рослин, вони показали, що виробництво невеликих молекул, які називаються циклічними ліпопептидами, важливе для контролю звичайної картопляної парші.

Ці невеликі молекули мають антибактеріальну дію на патогенні бактерії, які викликають звичайну картопляну паршу, і допомагають захисним Pseudomonas рухатися і колонізувати коріння рослин. Експерименти також показали, що зрошення спричиняє суттєві зміни генетично різноманітного Pseudomonas населення в ґрунті.

Перший автор дослідження д-р Альба Пачеко-Морено сказав: «Виявляючи та перевіряючи механізми придушення патогенів картоплі, ми сподіваємося, що наше дослідження прискорить розробку агентів біологічного контролю, щоб зменшити застосування хімічних обробок, які є екологічно шкідливими.

«Підхід, який ми описуємо, має бути застосовним до широкого кола хвороб рослин, оскільки він заснований на розумінні механізмів дії, важливих для агентів біологічного контролю», – додала вона.

Дослідження, яке з'являється в eLife, пропонує метод, за допомогою якого дослідники можуть перевіряти мікробіом практично будь-якого посівного місця та враховувати різні ґрунтові, агрономічні та екологічні умови.

Використовуючи досягнення у високошвидкісному генетичному секвенуванні, метод може перевірити мікробіом ґрунту на наявність терапевтичних бактерій і визначити, які молекули виробляються для придушення патогенних бактерій.

Вони також можуть показати, як на цих корисних клопів впливають агрономічні фактори, такі як тип ґрунту та зрошення.

Наступним кроком для нового підходу є повернення корисних мікроорганізмів на те саме поле у ​​більшій кількості або в коктейлях із змішаних штамів як лікування мікробіому ґрунту.

Доктор Джейкоб Мелоун, керівник групи в центрі Джона Іннеса та співавтор дослідження, пояснює переваги: ​​«Величезною перевагою цього підходу є те, що ми використовуємо штами бактерій, які взяті з навколишнього середовища та повернуті в ті самі специфічні умови. біологічного контексту у більшій кількості, щоб не було екологічної шкоди».

Потенційні методи застосування підсилювачів мікробіоми включають застосування бактеріальних коктейлів у вигляді покриттів насіння, у вигляді спрею або за допомогою крапельного зрошення.

Доктор Ендрю Трумен, керівник групи в Центрі Джона Іннеса та відповідний автор дослідження, розповідає нам про довгострокове бачення цього методу: «У майбутньому  ми будемо використовувати не молекулу, яку виробляють бактерії, а молекулу Pseudomonas напружуватися. Він пропонує більш стійкий шлях – ми знаємо, що ці бактерії колонізують ґрунт, де росте картопля, і вони забезпечують захист врожаю. Використовуючи бактерію, ви можете легко виростити і сформулювати її у відповідний спосіб і застосувати на полі, і це набагато екологічніше, ніж використання синтетичної хімії».

Хвороби рослин є сільськогосподарською проблемою, яка призводить до великих втрат врожаю, наприклад, картопля. До важливих збудників картоплі належать Streptomyces scabies, бактеріальний збудник, що викликає паршу картоплі, і Phytophthora infestans, збудник ооміцетів, що викликає фітофторозу картоплі.

Pseudomonas Бактерії зазвичай асоціюються з рослинами і широко вивчаються як агенти біологічного контролю, оскільки вони виділяють природні продукти, які сприяють росту рослин і пригнічують патогени. Однак їх використання в минулому заважалося через непослідовність.

Попередні дослідження щодо придушення картопляної парші вказали на потенційну роль у біоконтролі Pseudomonas. Проте прогрес був загальмований через брак механістичних знань. Також широко відомо, що зрошення може пригнічувати Streptomyces scabies інфекції, і тепер це дослідження припускає, що це пов’язано з впливом води на мікробні популяції.