Smarta jordbuggar erbjuder bönder en miljövänlig väg för att bekämpa sjukdomar som potatisskorpor

En innovativ metod för att kontrollera en rad skadliga växtsjukdomar med hjälp av inhemska, nyttiga jordbakterier har utvecklats från ett samarbete mellan forskning och industri. Den jordbruksteknologiska innovationen hoppas kunna ge bönder ett sätt att minska kostnaderna och miljöskadorna som orsakas av de kemiska behandlingar som för närvarande används för att bekämpa sjukdomar i grödor, som vanlig skorv i potatis.

John Innes Center-teamet i Storbritannien isolerade och testade hundratals stammar av Pseudomonas bakterier från jorden på ett kommersiellt potatisfält, och sekvenserade sedan genomen från 69 av dessa stammar. Genom att jämföra genomen från de stammar som visat sig undertrycka patogen aktivitet med de som inte gjorde det, kunde teamet identifiera en nyckelmekanism i några av de stammar som skyddade potatisgrödan från skadliga sjukdomsframkallande bakterier.

Sedan med hjälp av en kombination av kemi, genetik och växtinfektionsexperiment visade de att produktionen av små molekyler som kallas cykliska lipopeptider är viktig för att kontrollera vanlig potatisskorpor.

Dessa små molekyler har en antibakteriell effekt på de patogena bakterier som orsakar vanlig potatisskorpa, och de hjälper till att skydda Pseudomonas flytta runt och kolonisera växtrötterna. Experimenten visade också att bevattning orsakar betydande förändringar av den genetiskt mångfalden Pseudomonas befolkningen i marken.

Första författaren till studien Dr Alba Pacheco-Moreno sa: "Genom att identifiera och validera mekanismer för undertryckande av potatispatogener hoppas vi att vår studie kommer att påskynda utvecklingen av biologiska kontrollmedel för att minska användningen av kemiska behandlingar som är ekologiskt skadliga.

"Det tillvägagångssätt som vi beskriver bör vara tillämpbart på ett brett spektrum av växtsjukdomar eftersom det är baserat på att förstå de verkningsmekanismer som är viktiga för biologiska kontrollmedel," tillade hon.

Studien, som förekommer i Elife, föreslår en metod med vilken forskare kan screena mikrobiomet för praktiskt taget alla grödor och ta hänsyn till varierande jordmån, agronomiska och miljömässiga förhållanden.

Genom att utnyttja framsteg inom höghastighets genetisk sekvensering kan metoden screena markens mikrobiomet för terapeutiska bakterier och ta reda på vilka molekyler som produceras för att undertrycka patogena bakterier.

De kan också visa hur dessa nyttiga insekter påverkas av agronomiska faktorer som jordtyp och bevattning.

Nästa steg för det nya tillvägagångssättet är att sätta tillbaka de nyttiga insekterna i samma fält i större antal eller i cocktails av blandade stammar som en behandling för att förbättra markens mikrobiom.

Dr Jacob Malone, gruppledare vid John Innes-centret och medförfattare till studien förklarar fördelarna, "Den stora fördelen med detta tillvägagångssätt är att vi använder bakteriestammar som tas från miljön och sätts tillbaka i samma specifika biologiska sammanhang i större antal så det finns inga ekologiska skador."

Möjliga metoder för att applicera mikrobiombooster inkluderar att applicera bakteriecocktails som fröbeläggningar, som en spray eller via droppbevattning.

Dr Andrew Truman, gruppledare vid John Innes Centre, och motsvarande författare till studien berättar om den långsiktiga visionen för denna metod, "I framtiden  det är inte molekylen som produceras av bakterierna som vi skulle använda, det skulle vara Pseudomonas anstränga sig. Det erbjuder en mer hållbar väg – vi vet att dessa bakterier koloniserar jorden där potatis växer och de ger skydd åt grödan. Med hjälp av en bakterie kan du enkelt odla och formulera den på ett lämpligt sätt och applicera den på fältet, och det är mycket grönare än att använda en syntetisk kemikalie.”

Växtsjukdomar är ett jordbruksproblem som leder till stora förluster av grödor, såsom potatis. Viktiga potatispatogener inkluderar Streptomyces scabies, en bakteriell patogen som orsakar potatisskorpa, och Phytophthora infestans, en oomycete-patogen som orsakar potatisblommor.

Pseudomonas bakterier är ofta förknippade med växter och har studerats brett som biologiska kontrollmedel, eftersom de utsöndrar naturliga produkter som främjar växttillväxt och undertrycker patogener. Men deras användning tidigare har hämmats av inkonsekvens.

Tidigare studier om undertryckande av potatisskorpor har indikerat en potentiell biokontrollroll för Pseudomonas. Men framstegen hämmades av bristen på mekanistisk kunskap. Det var också allmänt känt att bevattning kan undertrycka Streptomyces scabies infektion och nu tyder denna studie på att detta beror på den effekt som vatten har på mikrobiella populationer.