Inovatívna metóda kontroly radu škodlivých chorôb plodín pomocou pôvodných, prospešných pôdnych baktérií sa objavila zo spolupráce medzi výskumom a priemyslom.
Agrotechnická inovácia dúfa, že poskytne farmárom spôsob, ako znížiť náklady a škody na životnom prostredí spôsobené chemickými úpravami, ktoré sa v súčasnosti používajú na kontrolu chorôb plodín. Tím John Innes Center izoloval a testoval stovky kmeňov Pseudomonas baktérie z pôdy komerčného zemiakového poľa a potom sekvenovali genómy 69 týchto kmeňov. Porovnaním genómov týchto kmeňov, u ktorých sa preukázalo, že potláčajú aktivitu patogénov s tými, ktoré tak neurobili, sa tímu podarilo identifikovať kľúčový mechanizmus v niektorých kmeňoch, ktoré chránili úrodu zemiakov pred škodlivými baktériami spôsobujúcimi choroby.
Potom pomocou kombinácie chémie, genetiky a experimentov s infekciou rastlín ukázali, že produkcia malých molekúl nazývaných cyklické lipopeptidy je dôležitá pre kontrolu chrastavitosti zemiakov, bakteriálneho ochorenia, ktoré spôsobuje veľké straty pri zbere zemiakov. Tieto malé molekuly majú antibakteriálny účinok na patogénne baktérie, ktoré spôsobujú chrastavitosť zemiakov, a pomáhajú chrániť Pseudomonas pohybovať sa a kolonizovať korene rastlín. Experimenty tiež ukázali, že zavlažovanie spôsobuje podstatné zmeny geneticky rôznorodých Pseudomonas populácie v pôde.
Prvý autor štúdie Dr Alba Pacheco-Moreno povedal: „Identifikáciou a overením mechanizmov potlačenia patogénov zemiakov dúfame, že naša štúdia urýchli vývoj látok na biologickú kontrolu, aby sa znížilo používanie chemických úprav, ktoré sú ekologicky škodlivé. „Prístup, ktorý popisujeme, by mal byť použiteľný na širokú škálu chorôb rastlín, pretože je založený na pochopení mechanizmov pôsobenia, ktoré sú dôležité pre látky biologickej kontroly,“ dodala.
Štúdia, ktorá sa objavuje v eLife, navrhuje metódu, pomocou ktorej môžu výskumníci skrínovať mikrobióm prakticky akéhokoľvek miesta pestovania a brať do úvahy meniace sa pôdne, agronomické a environmentálne podmienky. Využitím pokrokov vo vysokorýchlostnom genetickom sekvenovaní môže metóda skrínovať pôdny mikrobióm na terapeutické baktérie a zistiť, ktoré molekuly sa vyrábajú na potlačenie patogénnych baktérií.
Môžu tiež ukázať, ako sú tieto prospešné chyby ovplyvnené agronomickými faktormi, ako je typ pôdy a zavlažovanie. Ďalším krokom pre nový prístup je vrátiť prospešné ploštice späť do rovnakého poľa vo väčšom počte alebo v koktailoch zmiešaných kmeňov ako liečba na podporu pôdneho mikrobiómu. Dr Jacob Malone, vedúci skupiny v centre John Innes a spoluzodpovedný autor štúdie, vysvetľuje výhody: „Veľkou výhodou tohto prístupu je, že používame bakteriálne kmene, ktoré sú prevzaté z prostredia a vrátené späť do rovnakého špecifického prostredia. biologických súvislostiach vo väčšom počte, aby nedochádzalo k ekologickým škodám“.
Potenciálne metódy aplikácie posilňovačov mikrobiómov zahŕňajú aplikáciu bakteriálnych koktailov ako povlakov semien, ako sprej alebo kvapkovú závlahu.
Dr Andrew Truman, vedúci skupiny v John Innes Centre a zodpovedajúci autor štúdie nám hovorí o dlhodobej vízii tejto metódy: „V budúcnosti nie je to molekula produkovaná baktériami, ktorú by sme použili, bola by to Pseudomonas kmeň sám. Ponúka udržateľnejšiu cestu – vieme, že tieto baktérie kolonizujú pôdu, kde rastú zemiaky, a poskytujú úrode ochranu. Pomocou baktérie ju môžete ľahko pestovať a vhodným spôsobom formulovať a aplikovať na pole a je to oveľa ekologickejšie ako použitie syntetickej chemikálie.“
Choroby rastlín sú poľnohospodárskym problémom, ktorý vedie k veľkým stratám na úrode, ako sú zemiaky. Medzi dôležité patogény zemiakov patria Svrab Streptomycesbakteriálny patogén, ktorý spôsobuje chrastavitosť zemiakov a Phytophthora infestans, patogén oomycét, ktorý spôsobuje pleseň zemiakovú, ktorá bola hlavnou príčinou veľkého hladomoru v Írsku. Pseudomonas baktérie sú bežne spojené s rastlinami a boli široko študované ako činidlá biologickej kontroly, pretože vylučujú prírodné produkty, ktoré podporujú rast rastlín a potláčajú patogény. Ich používaniu však v minulosti bránila nejednotnosť.
Predchádzajúce štúdie o potlačení chrastavitosti zemiakov naznačili potenciálnu úlohu biokontroly Pseudomonas. Pokrok však brzdil nedostatok mechanistických znalostí. Bolo tiež všeobecne známe, že zavlažovanie môže potlačiť Svrab Streptomyces infekcia a teraz táto štúdia naznačuje, že je to kvôli účinku, ktorý má voda na mikrobiálne populácie.
Pan-genómová analýza identifikuje pretínajúce sa úlohy Pseudomonas špecializované metabolity pri inhibícii patogénov zemiakov, sa objavuje v Elif.