Zaprojektowane mikrobiomy roślinne – ochrona upraw za pomocą bakterii

Ukryty świat

Przez długi czas nauki biologiczne skupiały się wyłącznie na samym „głównym” organizmie, niezależnie od tego, czy było to ciało ludzkie, czy łodyga kukurydzy. Jednak wraz ze wzrostem wiedzy pojawiła się cała złożoność żywego świata.

Teraz rozumiemy, że prawie każdy złożony organizm istnieje w symbiozie z „mikrobiomem”, złożoną i zmieniającą się populacją drobnoustrojów i grzybów. Mikrobiom jest obecnie uznawany za kluczowy czynnik zdrowia człowieka, zwłaszcza mikrobiom jelitowy.

Źródło: NIH.gov

Podobnie zdrowie roślin jest ściśle powiązane z mikrobiomem gleby, a nawet mikroorganizmami w samej roślinie.

Mogą one poprawić odżywianie rośliny, zaopatrzenie jej w wodę i co najważniejsze, pomóc chronić ją przed szkodnikami i chorobami.

Źródło: Energy.gov

Czy można zmienić mikrobiom?

Mikrobiomy, składające się z setek, a nawet tysięcy gatunków drobnoustrojów, są niezwykle złożone. To sprawia, że ​​ich badanie jest trudnym zadaniem, a określenie, jak wygląda „zdrowy” mikrobiom, jest czasami skomplikowane.

Nieco prymitywnym sposobem „poprawy” mikrobiomu jest dodanie do niego dodatkowych organizmów. Co to jest kuracje probiotyczne zrobić dla ludzi i zwierząt. I co dodanie do gleby bakterii wiążących azot lub mikoryz próbuje powielić się w rolnictwie. Może to dać dobre rezultaty, jeśli mikrobiom jest silnie zakłócony, ale może być minimalne lub żadne, jeśli mikrobiom jest już ugruntowany.

Innym podejściem może być karmienie mikrobiomu, pomagając mu uzyskać większą równowagę poprzez karmienie „właściwych” drobnoustrojów. W przypadku zdrowia ludzkiego jest to podejście polegające na podawaniu prebiotyków. Może to być bardzo skuteczne, ponieważ pozwala na naturalną równowagę mikrobiomu, zapewniając mu do tego odpowiednie warunki.

Może to być znacznie trudniejsze w przypadku roślin, których mikrobiom znajduje się w glebie lub nawet wewnątrz rośliny.

Prebiotyki rolnicze

Rozwiązaniem może być międzynarodowa współpraca badaczy z Chin, Australii i Austrii. Skoncentrowali się na ryżu, ważnym źródle pożywienia dla miliardów ludzi, ale wyniki można rozszerzyć na inne kluczowe uprawy.

Odkryli, że biochemiczna produkcja ligniny przez rośliny może modulować populację pożytecznych bakterii. Lignina to polimer występujący w ścianach komórkowych roślin i obficie występujący w drewnie.

Mówiąc dokładniej, odkryli specyficzny gen odpowiedzialny za biosyntezę ligniny. Dezaktywacja tego genu zmniejsza populację pożytecznych bakterii. Wręcz przeciwnie, ekspresja tego genu w stopniu większym niż zwykle zwiększa odsetek pożytecznych bakterii w mikrobiomie.

(modyfikacje genów zmieniły produkcję Kwas 4-hydroksycynamonowy / 4-HCA / kwas p-kumarowy, który wpływa na populację bakterii z rzędu Pseudomonadales)

Źródło: Nature

Otwiera to drogę do nowego rodzaju upraw GMO. Zamiast wytwarzać toksynę, jak wiele obecnie dostępnych komercyjnych roślin GMO, takich jak modyfikowany ryż (lub inne rośliny uprawne), pielęgnowałaby ona zdrowszy i bardziej zróżnicowany mikrobiom bakteryjny.

Zwiększona ochrona przed chorobami

Poprawa składu mikrobiomu miała bezpośredni wpływ na zdrowotność upraw. Genetycznie zmodyfikowana odmiana ryżu była bardziej odporna na zarazę bakteryjną (Xanthomonas oryzae), główną przyczynę strat w plonach w Azji.

Zwykle kontrolowanie jego rozprzestrzeniania się odbywa się za pomocą pestycydów. Zdrowszy mikrobiom może pomóc w ograniczeniu stosowania pestycydów. I chroń przed chorobami w sposób bardziej dynamiczny i zrównoważony niż poprzez stosowanie GMO chemicznych lub wytwarzających toksyny.

Opcje bez GMO?

Możliwe jest również przyjęcie podejścia niezawierającego GMO. Odmiany ryżu można zbadać pod kątem wytwarzania 4-HCA, a następnie sprawdzić stan ich mikrobiomu.

Może to otworzyć pole dla nowych metod hodowli w celu opracowania odmian ryżu, które wymagają mniej pestycydów, aby były produktywne.

Konieczne byłoby również udostępnienie tego odkrycia krajom i całym regionom, takim jak UE, które ograniczają komercyjne wykorzystanie GMO.

Zapasy mikrobiomu rolniczego

1. Nauka o rolnictwie Corteva

(CTVA )

Jedna z największych firm w branży biostymulanty, której podkategorią są takie prebiotyki roślinne, jest Corteva Agriscience. Firma była oddziałem rolniczym chemicznego giganta DowDuPont, dopóki nie została wydzielona jako niezależna firma.

Źródło: Corteva Agriscience

Firma bardzo angażuje się w dowóz robotyka, drony i sztuczna inteligencja w rolnictwie. Promuje także bardziej ekologiczne i zrównoważone praktyki rolnicze, takie jak orka zerowa, płodozmian, ukierunkowane stosowanie pestycydów, adaptacja do zmian klimatycznych, ograniczanie erozji gleby, uprawy okrywowe, a nawet feromony wpływać na zachowanie owadów itp.

Źródło: Corteva agriscience

2. bawarski

Bayer jest zarówno firmą farmaceutyczną, jak i głównym dostawcą dla sektora rolnego od czasu przejęcia Monsanto, lidera w dziedzinie pestycydów i upraw GMO.

Powiedzieć, że przejęcie nie przebiegło dobrze, to mało powiedziane. Monsanto stało się celem dziesiątek tysięcy procesów sądowych w związku z możliwymi powiązaniami między rakiem a jego sztandarowym pestycydem, glifosatem (znanym w handlu jako Roundup).

Stale rosnące koszty tych procesów sądowych i związane z nimi szkody dla reputacji obniżyły cenę akcji firmy. Teraz z nowym dyrektorem generalnym Bayer może wkrótce zostać podzielony na 2 lub 3 różne firmy, oddzielając działalność farmaceutyczną od branży rolno-naukowej.

Źródło: fortune.com

Mimo to dział nauk o uprawach firmy Bayer jest światowym liderem w dziedzinie GMO i mógłby wykorzystać tę wiedzę specjalistyczną do opracowania nowej odmiany ryżu i innych kluczowych roślin uprawnych, które poprawiają mikrobiom gleby. Może się to okazać zarówno opłacalne, jak i dobry sposób na naprawę zszarganego wizerunku firmy.

Dział rolnictwa firmy Bayer jest także głównym inwestorem w start-upy w branży rolniczej i silnym innowatorem.

Źródło: Bawarski

godne uwagi, Bayer podpisał partnerstwo z Microsoftem połączenie systemu zarządzania danymi Azur giganta technologicznego z wiedzą firmy Bayer w zakresie wykorzystywania danych z satelitów, czujników terenowych, dronów, sprzętu terenowego i czujników glebowych w celu stworzenia naprawdę nowoczesnych i połączonych gospodarstw rolnych.

Źródło: Bawarski

Jest także liderem w dziedzinie odmian nasion i edycji genów roślin, mając w przygotowaniu ponad 500 nowych odmian roślin uprawnych (i 250 rejestracji nowych upraw w 2022 r.).

Źródło: Bawarski

Firmy zajmujące się mikrobiomem rolniczym

Mniejsze firmy, które nie są jeszcze notowane na giełdzie, bezpośrednio pracują nad tematem mikrobiomu roślinnego.

Lavie-Bio

Firma pracuje nad 6 różnymi produktami, w tym nad jednym we współpracy z Corteva Agriscience.

Źródło: Lavie-Bio

Jeden produkt osiągnął już etap komercjalizacji, sprzedawany w ramach tzw Yalos™ marka.

Technologia Yalos i Lavie-Bio koncentruje się głównie na zastrzeżonych szczepach bakterii, które mogą pomóc zwiększyć produktywność upraw.

Mikroendo

Meksykańska firma produkuje bionawóz dostosowany do każdej uprawy.

W tym celu zbierają i wykorzystują istniejący mikrobiom roślin. Obejmuje to drobnoustroje obecne wewnątrz rośliny.

Źródło: Microendo

IndygoAg

Naukowcy firmy analizują rośliny, które radzą sobie lepiej niż ich sąsiedzi, szukając mikrobiologicznych zalet, które można by odtworzyć na całych polach. Te naturalne mikroorganizmy są następnie gromadzone w preparat handlowy w celu wzmocnienia pól dotkniętych uszkodzonymi lub wyczerpanymi mikrobiomami.

Źródło: Indygo

IndigoAg prowadzi także działalność w obszarze certyfikaty kredytu węglowego dla rolników.

AgBiom

AgBiome koncentruje się na drobnoustrojach zabijających grzyby, które mogą pomóc chronić uprawy przed chorobami grzybiczymi.

W tym celu opracowano własną kolekcję w pełni zsekwencjonowanych szczepów drobnoustrojów (tzw Platforma GENESIS  – System Identyfikacji Genów i Szczepów). Można go stosować w rolnictwie, ale także we wszystkich innych możliwych zastosowaniach związanych z mikrobiomem, takich jak zastosowania przemysłowe oraz zdrowie zwierząt i ludzi.

Źródło: AgBiome

Przestaw biografię

Kluczową rolą mikrobiomów glebowych jest siedlisko bakterii wiążących azot, pobierających azot z powietrza i przekształcających go w nawóz.

Jednakże bakterie te zwykle działają tylko na rośliny strączkowe.

Źródło: Przestaw biografię

Firma Pivot Bio opracowała pierwsze drobnoustroje wiążące azot w uprawach zbóż.

Mógłby zastąpić syntetyczny nawóz azotowy wytwarzany z paliw kopalnych roztworem organicznym i neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla.

Twórcy Biomów

Biome Makers stworzyło największą na świecie bazę danych mikrobiomów glebowych, zawierającą 14 milionów odniesień taksonomicznych, wykorzystujących metodę NGS (sekwencjonowanie nowej generacji) i obejmujących 188 upraw z ponad 50 krajów.

Umożliwia wykorzystanie technologii testu BeCrop® w celu poprawy stanu gleby, plonów rolnych i zmniejszenia kosztów (np. niepotrzebnego stosowania nawozów).

Źródło: Kreator Biomów