Intelligente Bodenwanzen bieten Landwirten einen umweltfreundlichen Weg zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten

Aus einer Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie ist eine innovative Methode zur Bekämpfung einer Reihe schädlicher Pflanzenkrankheiten unter Verwendung einheimischer, nützlicher Bodenbakterien hervorgegangen.

Die Agritech-Innovation soll den Landwirten eine Möglichkeit bieten, die Kosten und Umweltschäden zu reduzieren, die durch die derzeit zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten eingesetzten chemischen Behandlungen verursacht werden. Das Team des John Innes Center isolierte und testete Hunderte von Stämmen von Pseudomonas Bakterien aus dem Boden eines kommerziellen Kartoffelfeldes und sequenzierte dann die Genome von 69 dieser Stämme. Durch den Vergleich der Genome der Stämme, die nachweislich die Aktivität von Krankheitserregern unterdrücken, mit denen, bei denen dies nicht der Fall war, konnte das Team einen Schlüsselmechanismus in einigen der Stämme identifizieren, der die Kartoffelernte vor schädlichen krankheitsverursachenden Bakterien schützte.

Dann zeigten sie mit einer Kombination aus Chemie, Genetik und Pflanzeninfektionsexperimenten, dass die Produktion von kleinen Molekülen, die als zyklische Lipopeptide bezeichnet werden, wichtig für die Bekämpfung von Kartoffelschorf ist, einer bakteriellen Krankheit, die große Verluste bei der Kartoffelernte verursacht. Diese kleinen Moleküle wirken antibakteriell auf die krankheitserregenden Bakterien, die Kartoffelschorf verursachen, und sie helfen beim Schutz Pseudomonas sich bewegen und die Pflanzenwurzeln besiedeln. Die Experimente zeigten auch, dass die Bewässerung erhebliche Veränderungen der genetischen Vielfalt bewirkt Pseudomonas Bevölkerung im Boden.

Die Erstautorin der Studie, Dr. Alba Pacheco-Moreno, sagte: „Durch die Identifizierung und Validierung von Mechanismen der Unterdrückung von Kartoffelpathogenen hoffen wir, dass unsere Studie die Entwicklung biologischer Bekämpfungsmittel beschleunigen wird, um die Anwendung umweltschädlicher chemischer Behandlungen zu reduzieren. „Der von uns beschriebene Ansatz sollte auf ein breites Spektrum von Pflanzenkrankheiten anwendbar sein, da er auf dem Verständnis der Wirkmechanismen basiert, die für biologische Bekämpfungsmittel wichtig sind“, fügte sie hinzu.

Die Studie, die in erscheint eLife, schlägt eine Methode vor, mit der Forscher das Mikrobiom praktisch jeder Anbaufläche untersuchen und unterschiedliche Boden-, Agrar- und Umweltbedingungen berücksichtigen können. Durch die Nutzung von Fortschritten in der Hochgeschwindigkeits-Gensequenzierung kann die Methode das Bodenmikrobiom auf therapeutische Bakterien untersuchen und herausfinden, welche Moleküle produziert werden, um pathogene Bakterien zu unterdrücken.

Sie können auch zeigen, wie diese nützlichen Käfer von agronomischen Faktoren wie Bodentyp und Bewässerung beeinflusst werden. Der nächste Schritt für den neuen Ansatz besteht darin, die nützlichen Käfer in größerer Anzahl oder in Cocktails aus gemischten Stämmen als Behandlung zur Stärkung des Bodenmikrobioms wieder in dasselbe Feld zu bringen. Dr. Jacob Malone, Gruppenleiter am John-Innes-Zentrum und Mitautor der Studie, erklärt die Vorteile: „Der große Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass wir Bakterienstämme verwenden, die aus der Umwelt entnommen und in die gleiche spezifische Umgebung zurückgebracht werden biologischen Kontext in größerer Zahl, damit es keinen ökologischen Schaden gibt“.

Mögliche Methoden zur Anwendung der Mikrobiom-Booster umfassen das Aufbringen der Bakteriencocktails als Samenbeschichtungen, als Spray oder über Tropfbewässerung.

Dr. Andrew Truman, Gruppenleiter am John Innes Centre und korrespondierender Autor der Studie, sagt uns über die langfristige Vision für diese Methode: „In der Zukunft  Es ist nicht das von den Bakterien produzierte Molekül, das wir verwenden würden, es wäre das Pseudomonas sich belasten. Es bietet einen nachhaltigeren Weg – wir wissen, dass diese Bakterien den Boden besiedeln, auf dem Kartoffeln wachsen, und sie schützen die Ernte. Mit einem Bakterium kann man es leicht züchten und auf geeignete Weise formulieren und auf dem Feld anwenden, und es ist viel umweltfreundlicher als die Verwendung einer synthetischen Chemikalie.“

Pflanzenkrankheiten sind ein landwirtschaftliches Problem, das zu großen Ernteverlusten führt, wie Kartoffeln. Wichtige Kartoffel-Pathogene umfassen Streptomyces scabies, ein bakterieller Krankheitserreger, der Kartoffelschorf verursacht, und Phytophthora infestans, ein Oomyceten-Erreger, der Kartoffelfäule verursacht, die eine Hauptursache für die große Hungersnot in Irland war. Pseudomonas Bakterien werden häufig mit Pflanzen in Verbindung gebracht und wurden umfassend als biologische Kontrollmittel untersucht, da sie natürliche Produkte absondern, die das Pflanzenwachstum fördern und Krankheitserreger unterdrücken. Ihre Verwendung in der Vergangenheit wurde jedoch durch Inkonsistenzen behindert.

Frühere Studien zur Unterdrückung von Kartoffelschorf haben eine potenzielle Rolle bei der biologischen Bekämpfung gezeigt Pseudomonas. Der Fortschritt wurde jedoch durch einen Mangel an mechanistischem Wissen behindert. Es war auch allgemein bekannt, dass Bewässerung unterdrücken kann Streptomyces scabies Infektion, und jetzt legt diese Studie nahe, dass dies auf die Wirkung zurückzuführen ist, die Wasser auf mikrobielle Populationen hat.

Pan-Genom-Analyse identifiziert sich überschneidende Rollen für Pseudomonas spezialisierte Metaboliten bei der Hemmung von Kartoffelpathogenen, erscheint in eLife.

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