Умные почвенные жуки предлагают фермерам экологически безопасный способ борьбы с такими болезнями, как парша картофеля.

Инновационный метод борьбы с рядом вредоносных болезней сельскохозяйственных культур с использованием местных полезных почвенных бактерий появился в результате сотрудничества между исследователями и промышленностью. Эта агротехнологическая инновация надеется дать фермерам возможность снизить затраты и ущерб окружающей среде, вызванный химическими обработками, которые в настоящее время используются для борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур, такими как парша картофеля.

Команда Центра Джона Иннеса в Великобритании выделила и протестировала сотни штаммов Pseudomonas бактерий из почвы товарного картофельного поля, а затем секвенировали геномы 69 из этих штаммов. Сравнивая геномы тех штаммов, которые подавляют патогенный микроорганизм активности с теми, которые этого не сделали, команда смогла определить ключевой механизм в некоторых штаммах, который защищал урожай картофеля от вредных болезнетворных бактерий.

Затем, используя комбинацию химии, генетики и экспериментов по заражению растений, они показали, что производство небольших молекул, называемых циклическими липопептидами, важно для борьбы с обыкновенной паршой картофеля.

Эти небольшие молекулы оказывают антибактериальное действие на патогенные бактерии, вызывающие паршу картофеля, и помогают защитным Pseudomonas передвигаться и заселять корни растений. Эксперименты также показали, что ирригация вызывает существенные изменения в генетически разнообразном Pseudomonas населения в почве.

Первый автор исследования, доктор Альба Пачеко-Морено, сказал: «Мы надеемся, что благодаря выявлению и проверке механизмов подавления патогенов картофеля наше исследование ускорит разработку агентов биологической борьбы, чтобы сократить применение химических обработок, которые наносят ущерб окружающей среде.

«Подход, который мы описываем, должен быть применим к широкому спектру болезней растений, поскольку он основан на понимании механизмов действия, которые важны для агентов биологической борьбы», — добавила она.

Исследование, которое появляется в eLife, предлагает метод, с помощью которого исследователи могут исследовать микробиом практически любого посевного участка и учитывать различные почвенные, агрономические и экологические условия.

Используя достижения в области высокоскоростного генетического секвенирования, этот метод может проверять микробиом почвы на наличие терапевтических бактерий и определять, какие молекулы производятся для подавления патогенных бактерий.

Они также могут показать, как на этих полезных насекомых влияют агрономические факторы, такие как тип почвы и орошение.

Следующим шагом для нового подхода является возвращение полезных насекомых на то же поле в большем количестве или в коктейлях из смешанных штаммов в качестве обработки, повышающей микробиом почвы.

Доктор Джейкоб Мэлоун, руководитель группы в центре Джона Иннеса и соавтор исследования, объясняет преимущества: «Огромное преимущество этого подхода заключается в том, что мы используем бактериальные штаммы, взятые из окружающей среды и помещенные обратно в ту же специфическую среду. биологического контекста в большем количестве, чтобы не было экологического ущерба».

Потенциальные методы применения стимуляторов микробиома включают нанесение бактериальных коктейлей в виде покрытия семян, распыления или капельного орошения.

Доктор Эндрю Трумэн, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и соответствующий автор исследования, рассказывает нам о долгосрочном видении этого метода: «В будущем  мы использовали бы не молекулу, произведенную бактериями, а Pseudomonas сам напрягайся. Он предлагает более устойчивый маршрут — мы знаем, что эти бактерии колонизируют почву, где растет картофель, и обеспечивают защиту урожая. Используя бактерию, вы можете легко вырастить ее, приготовить ее соответствующим образом и применить в полевых условиях, и это намного экологичнее, чем использование синтетического химического вещества».

Болезни растений являются сельскохозяйственной проблемой, которая приводит к большим потерям урожая., например картофель. Важные патогены картофеля включают Streptomyces scabiesбактериальный патоген, вызывающий паршу картофеля, и Phytophthora infestans, оомицетный патоген, вызывающий фитофтороз картофеля.

Pseudomonas бактерии обычно связаны с растениями и широко изучались в качестве агентов биологической борьбы, поскольку они выделяют натуральные продукты, которые способствуют росту растений и подавляют патогены. Однако их использованию в прошлом препятствовала непоследовательность.

Предыдущие исследования по борьбе с паршой картофеля показали потенциальную биоконтролирующую роль Псевдомонады. Однако прогрессу мешало отсутствие механистических знаний. Также было широко известно, что орошение может подавлять Streptomyces scabies инфекция, и теперь это исследование предполагает, что это из-за воздействия, которое вода оказывает на микробные популяции.