Oberirdische mikrobielle Gemeinschaften, die Pflanzenkrankheiten unterdrücken, können entwickelt werden

Mikrobielle Gemeinschaften, die natürlicherweise auf den Blättern und Stängeln von Tomatenpflanzen leben, können manipuliert werden, um Krankheiten zu unterdrücken, die die Produktivität verringern, so Forscher der Penn State, und hoffen, dass Erzeuger eines Tages diese Mischungen aus Bakterien und Pilzen anwenden können, um Pflanzen zu schützen und Ernten zu verbessern.

In einer neuen Studie, die ein Gewächshaus mit vier Linien junger Tomatenpflanzen umfasste, die unterschiedliche Behandlungen und Kontrollgruppen repräsentierten, „passierten“ oder übertrugen Forscher wiederholt Mikroben – ursprünglich aus Blättern gesunder Tomatenpflanzen auf dem Feld gesammelt – von einer Pflanze zur anderen. die anschließend mit dem bakteriellen Speck-Erreger geimpft wurden.

Nach mehreren Übertragungen oder Passagen der Mikroben begannen die Krankheitssymptome wie braune bis schwarze Läsionen auf den Blättern abzuklingen und gingen bei der neunten Passage um fast die Hälfte zurück.

Diese Entdeckung hat Auswirkungen über Tomaten und sogar Gemüsepflanzen hinaus, schlug Kevin Hockett vor, Assistenzprofessor für mikrobielle Ökologie am College of Agricultural Sciences, der Mitautor der Forschungsarbeit ist. Das Ziel, sagte er, sei es, einen Prozess zu entwickeln, der es den Züchtern ermöglicht, mikrobielle Gemeinschaften im Feld einzusetzen.

„Wir versuchen, einen Weg zu finden, wie wir die natürlichen Ökosysteme auf den Feldern nutzen können, um den Landwirten zu helfen und Pflanzenkrankheiten vorzubeugen, und ich denke, dass hier viel Potenzial für die Zukunft liegt“, sagte er. „Wir arbeiten jetzt mit bakteriellen Krankheiten, aber ich sehe keinen Grund, warum wir dies nicht mit Pilzkrankheiten sowie anderen bakteriellen Krankheiten in anderen Gemüsekulturen testen könnten. Dies könnte ein Ansatz sein, der weit verbreitet und angewendet werden kann verändert unsere Denkweise über biologische Kontrollen, sogar für andere Kulturpflanzen.“

Die unterdrückenden Wirkungen mikrobieller Gemeinschaften im Boden auf Pflanzenkrankheiten sind bekannt, bemerkte die leitende Forscherin Hanareia Ehau-Taumaunu, die im August mit einem Doktortitel in Pflanzenpathologie abschließen wird, aber dies war die erste Studie, die zeigte, dass mikrobielle Gemeinschaften eine Rolle spielen könnten eine ähnliche Rolle im oberirdischen Teil der Pflanzen, in der „Phyllosphäre“.

Entwicklung mikrobieller Gemeinschaften in der Phyllosphäre, die in der Lage sind, bakterielle Tomatenflecken zu unterdrücken – verursacht durch einen Erreger namens Pseudomonas syringae pv. Tomate oder Pto – Ehau-Taumaunu und Hockett besprühten Hunderte von Pflanzen mit den sorgfältig vorbereiteten Mikrobenanwendungen, gefolgt von einer Inokulation mit Krankheitserregern – und maßen dann die Schwere der sich entwickelnden Pflanzenkrankheit. Die Pflanzen mit der geringsten Krankheitsschwere wurden dann als Quelle der mikrobiellen Gemeinschaft in der nächsten Inokulationsrunde ausgewählt.

„Die sukzessive Passage der mikrobiellen Gemeinschaft zwischen Tomatenpflanzen war analog zum saisonalen Transfer von Mikroben, die wiederholt Pto ausgesetzt waren, wodurch ökologische und evolutionäre Prozesse in kurzer Zeit ablaufen konnten“, sagte Ehau-Taumaunu. „Die Anhäufung von Krankheiten in der Phyllosphäre führte letztendlich zu einer Unterdrückung der Krankheit als normale ökologische Reaktion auf den Druck von Krankheitserregern.“

Die Studie umfasste eine Wachstumskammerkomponente, in der die Forscher die mikrobiellen Gemeinschaften wärmebehandelten, um zu sehen, ob die bakterielle Fleckenkrankheit betroffen wäre. Die Eliminierung der mikrobiellen Gemeinschaft ist ein üblicher Test zur Unterdrückung von Krankheiten. Dieses Experiment zeigte, dass sich die Symptome der bakteriellen Speckkrankheit verschlimmerten, wenn mikrobielle Gemeinschaften eliminiert wurden, was darauf hindeutet, dass Mitglieder der Gemeinschaft maßgeblich an der Unterdrückung der Krankheit beteiligt waren.

In kürzlich veröffentlichten Ergebnissen in Phytobiomes Journalberichteten die Forscher, dass die Gewächshauspassage insgesamt zu einer Zunahme der Krankheitsschwere für alle Passagenlinien von der ersten Passage führte, die bei den Passagen vier oder fünf ihren Höhepunkt erreichte, gefolgt von einem starken Rückgang, der bis zur neunten und letzten Passage der Studie anhielt .

Die COVID-19-Pandemie habe die Durchführung der Forschung viel herausfordernder und die Arbeit anspruchsvoller gemacht, betonte Ehau-Taumaunu. Sie führte die komplexen Experimente aufgrund von Beschränkungen, die darauf abzielen, die Ausbreitung des Virus zu verhindern, ohne Hilfe von Studenten oder Doktoranden durch.

„Der Plan war, mehrere Hände an den Transfers zu beteiligen, aber es stellte sich heraus, dass nur ich das gesamte Experiment über Monate durchführte“, sagte sie. „Es war bedauerlich, denn die Forschung wäre eine großartige Lernmöglichkeit für andere Studenten im Hockett-Labor gewesen, aber ich tat dies im Jahr 2020, als Penn State gerade anfing, zurückzukommen und Forschung auf dem Campus durchführen zu können. Aus Sicherheitsgründen habe ich alleine gearbeitet und nur von den Gewächshausmanagern unterstützt.“