Welkom bij
Moderne landbouw
!
De volgende golf van innovaties in de gewaswetenschap komt misschien niet van het kruisen van planten of het herprogrammeren van hun genen, maar door het aanpassen van de microben die leven in, op en om hen heen.
Ja, planten hebben microbiomen, te, en die miljarden kleine lifters kunnen hen helpen groeien en binnendringende ziekteverwekkers bestrijden. Onderzoekers proberen deze microbiële gemeenschappen te begrijpen en ze aan te passen om planten beter bestand te maken tegen droogte, hitte en infectie. Naarmate gewasziekten zich verspreiden als gevolg van globalisering en klimaatverandering, ziekteresistente planten met versterkte microbiomen kunnen van vitaal belang worden om een stabiele voedselvoorziening voor een groeiende menselijke bevolking te verzekeren.
“Ik denk dat de toekomst gaat over het uitrusten van planten met natuurlijke, productieve microbiomen en de hele gemeenschap in balans brengen, ” zegt Tomislav Cernava, een microbioloog aan de Technische Universiteit van Graz in Oostenrijk.
Plant-geassocieerde microben zijn al tientallen jaren een vruchtbaar onderzoeksgebied. Plantenonderzoekers hebben microbiomen in de bodem geïdentificeerd, die planten kunnen helpen voedingsstoffen zoals stikstof en wortelgeassocieerde schimmels op te nemen die planten kunnen helpen met elkaar te communiceren. Maar recent onderzoek heeft ook in zaden gegluurd om meer te weten te komen over de microben die daar ineengedoken zitten.
Cernava en zijn team beschreven het microbioom van rijstzaden in een nieuw artikel dat in januari werd gepubliceerd Natuur Planten . Zijn team was niet alleen op zoek naar een microbioom waar het er een kon vinden, hoewel - het probeerde een puzzel op te lossen.
Chinese wetenschappers hadden ontdekt dat sommige rijstplanten in de kustprovincie Zhejiang faalden vanwege een infectie door een bacterie genaamd Burkholderia plantarii , terwijl anderen immuun waren. De planten hadden identiek moeten zijn; ze waren uit dezelfde cultivar gegroeid, of spanning, van zaden en waren genetische tweelingen.
Bij nader onderzoek, Cernava ontdekte dat de planten die vatbaar waren voor infectie een ander zaadmicrobioom hadden. specifiek, de vatbare planten hadden lagere hoeveelheden van een bacteriegroep genaamd Sfingomonas , die pathogene bacteriën op afstand hield door een zuur te produceren dat de indringers ervan weerhield tropolon te maken, een chemische stof die de groei van de rijstplanten belemmerde.
Immuniteit van de infectie kan worden overgedragen naar vatbare planten door meer toe te voegen Sfingomonas aan hun microbioom of door het beschermende zuur rechtstreeks aan de vatbare plant toe te voegen.
Die laatste stap is wat sommige onderzoekers opfleurt:immuniteit overbrengen door het microbioom te veranderen, vooral in het wild, was een moeilijk doelwit om te raken. “Dit is een van de weinige gevallen waarin het echt werkt in het veld, ” zegt Sheng-Yang He, een plantenbioloog aan de Duke University die niet bij het onderzoek betrokken was.
Onderzoekers hebben eerder beschermende immuniteit van bacteriën waargenomen en de verantwoordelijke soort geïsoleerd. Maar als het tijd is om de bacteriën te gebruiken als een interventie in een ingewikkelder systeem met wilde bacteriën en wilde planten, het lukt vaak niet, zegt hij, misschien omdat de omgevingsomstandigheden, of inwonende microbiële gemeenschappen, zijn verschillend.
Elke afzonderlijke soort is slechts een onderdeel van een veel grotere microbioomgemeenschap, die van invloed kan zijn op de interactie met planten, volgens Matt Agler, een plant microbioom onderzoeker aan de Friedrich Schiller Universiteit Jena in Duitsland.
Begrijpen hoe een microbiële gemeenschap samenwerkt, is van vitaal belang voor onderzoekers en boeren die het microbioom willen benutten, zegt Agler. Hoewel individuele soorten bepaalde effecten kunnen hebben, er zijn veel bedreigingen waarmee een plant te maken kan krijgen, en verschillende microben kunnen planten in verschillende scenario's helpen. "Je weet nooit wat er dit groeiseizoen gaat gebeuren, ’ voegt Agler toe.
Als onderzoekers manieren kunnen vinden om door deze complexiteiten te navigeren, het microbioom kan een vruchtbare voedingsbodem worden voor een breed scala aan interventies om de voedselvoorziening te ondersteunen. Dat kan cruciaal blijken te zijn. Hoewel mensen selectief planten hebben gekweekt om meer gewenste eigenschappen te produceren voor 10, 000 jaar, de interventies van vandaag vinden meestal plaats in het laboratorium door middel van genetische manipulatietechnieken die door een aanzienlijk aantal Amerikanen worden tegengewerkt. In een onderzoek van het Pew Research Center uit 2016, 39 procent van de respondenten was van mening dat GGO's slechter waren voor hun gezondheid dan andere voedingsmiddelen, ondanks het feit dat de meeste wetenschappers het erover eens zijn dat ze veilig zijn.
Aanpassingen aan het microbioom van planten kunnen een veel minder controversiële benadering zijn, zeggen onderzoekers. “Vergeet genetische manipulatie, ', zegt Duke's He. "Als we dat soort [microbiële] gemeenschap kunnen transplanteren naar planten die die gemeenschap normaal niet hebben, zou dat niet geweldig zijn?”
Er zijn al enkele bedrijven die de kracht van microben benutten voor boeren, verkopen van bacteriën en schimmels als organische pesticiden of zaden bedekt met nuttige bacteriën om voedingsstoffen te verstrekken.
Maar sinds Sfingomonas bacteriën leven eigenlijk in rijstzaden, de immuniteit die het biedt, kan van generatie op generatie van rijstplanten worden doorgegeven. Het veranderen van het microbioom in het interieur lijkt misschien meer op een eenmalige, preventieve maatregel, in plaats van een medicijn dat constant moet worden gebruikt.
Cernava denkt dat het werk van zijn team op een dag commercieel beschikbaar zal zijn om rijstgewassen te helpen beschermen, en hij hoopt dat de natuur kan blijven inspireren tot nieuwe innovaties in de landbouw.
“Ik denk dat in de toekomst, " hij zegt, "We moeten proberen te leren van de natuur."
