Сконструйовані мікробіоми рослин – захист культур за допомогою бактерій

Прихований світ

Довгий час біологічні науки були зосереджені виключно на самому «головному» організмі, будь то тіло людини чи стебло кукурудзи. Але зі збільшенням знань з’явилася вся складність живого світу.

Тепер ми розуміємо, що майже кожен складний організм існує в симбіозі з «мікробіомом», складною та мінливою популяцією мікробів і грибків. Зараз мікробіом визнано ключовим фактором здоров’я людини, особливо мікробіом кишечника.

джерело: NIH.gov

Так само здоров'я рослин тісно пов'язане з ґрунтовим мікробіомом і навіть мікробами в самій рослині.

Вони можуть покращити живлення рослини, водопостачання та, можливо, що ще важливіше, допомогти захистити рослину від шкідників та хвороб.

джерело: Energy.gov

Чи можна змінити мікробіом?

Будучи складеними з сотень або навіть тисяч видів мікробів, мікробіоми є надзвичайно складними. Це робить їх вивчення складним завданням, а визначити, як виглядає «здоровий» мікробіом, іноді складно.

Дещо грубий спосіб «покращити» мікробіом — це додавання до нього додаткових організмів. Це те, що лікування пробіотиками робити для людей і тварин. І що приєднання до ґрунту азотфіксуючих бактерій або мікориз намагається відтворити в сільському господарстві. Це може дати хороші результати, якщо мікробіом сильно порушений, але може бути мінімальним або зовсім неефективним, якщо мікробіом уже встановлений.

Іншим підходом може бути живлення мікробіома, допомагаючи йому стати більш збалансованим шляхом годування «правильних» мікробів. Для здоров’я людини це підхід до введення пребіотиків. Це може бути дуже успішним, оскільки дозволяє мікробіому збалансувати себе природним шляхом, забезпечуючи йому правильні умови для цього.

Це може бути набагато складніше зробити для рослин, де мікробіом знаходиться в ґрунті або навіть усередині рослини.

Сільськогосподарські пребіотики

Міжнародне співробітництво між дослідниками з Китаю, Австралії та Австрії може мати рішення. Вони зосередилися на рисі, життєво важливому джерелі їжі для мільярдів людей, але ці результати можна поширити на інші ключові культури.

Вони виявили, що біохімічне виробництво лігніну рослинами може модулювати популяцію корисних бактерій. Лігнін – це полімер, який міститься в клітинних стінках рослин і його багато в деревині.

Більш конкретно, вони знайшли специфічний ген, відповідальний за біосинтез лігніну. Дезактивація цього гена зменшує популяцію корисних бактерій. Навпаки, більша за норму експресія цього гена збільшує частку корисних бактерій у мікробіомі.

(генні модифікації змінили виробництво 4-гідроксикорична кислота / 4-HCA / п-кумарова кислота, що впливає на популяцію бактерій ряду Pseudomonadales)

джерело: Nature

Це відкриває шлях до нового типу ГМО-культур. Замість того, щоб виробляти токсин, як багато сучасних комерційних ГМО-рослин, таких як модифікований рис (або інші культури), він буде виховувати більш здоровий і різноманітний мікробіом бактерій.

Підвищений захист від захворювань

Поліпшення складу мікробіому мало прямий вплив на здоров’я врожаю. Генетично модифікований сорт рису був більш стійким до бактеріального опіку (Xanthomonas oryzae), основної причини втрати врожаю в Азії.

Зазвичай контроль за його поширенням здійснюється за допомогою пестицидів. Більш здоровий мікробіом може допомогти зменшити таке використання пестицидів. І захищайте від хвороб більш динамічно та стійко, ніж за допомогою хімічних або токсиноутворюючих ГМО.

Варіанти без ГМО?

Цілком можливо, що підхід без ГМО також може бути прийнятий. Сорт рису можна перевірити на вироблення 4-HCA, а потім перевірити стан його мікробіому.

Це може відкрити поле для нових методів селекції для виведення сортів рису, які вимагають менше пестицидів, щоб бути продуктивними.

Також знадобиться донести це відкриття до країн і цілих регіонів, таких як ЄС, які обмежують комерційне використання ГМО.

Запаси сільськогосподарського мікробіому

1. Corteva Agriscience

(CTVA )

Одна з найбільших компаній в галузі біостимулятори, підкатегорією якої є такі рослинні пребіотики, є Corteva Agriscience. Компанія була сільськогосподарською філією хімічного гіганта DowDuPont, доки її не відокремили як незалежну компанію.

Джерело: Corteva Agriscience

Компанія дуже залучена до завезення робототехніка, безпілотники та штучний інтелект для сільського господарства. Він також сприяє більш екологічним і сталим методам ведення сільського господарства, як-от нульовий обробіток, сівозміна, цілеспрямоване використання пестицидів, адаптація до зміни клімату, обмеження ерозії ґрунту, покривні культури та навіть феромони впливати на поведінку комах тощо.

джерело: Corteva Agriscience

2. Баєр

Bayer є як фармацевтичною компанією, так і великим постачальником для сільськогосподарського сектору з моменту придбання Monsanto, лідера з виробництва пестицидів і ГМО-культур.

Сказати, що придбання пройшло невдало, – нічого не сказати. Монсанто стала об’єктом десятків тисяч судових позовів за можливий зв’язок між раком і її флагманським пестицидом гліфосатом (комерційно відомим як Раундап).

Постійне зростання витрат, пов’язаних із цими судовими процесами, і репутаційні збитки, пов’язані з цим, знизили курс акцій компанії. Тепер із новим генеральним директором Незабаром Bayer може бути розділений на 2 або 3 різні компанії, що відокремлює фармацевтичний бізнес від сільськогосподарського бізнесу.

джерело: fortune.com

Тим не менш, відділ Crop Sciences компанії Bayer є світовим лідером у галузі ГМО, і він міг би використати цей досвід для розробки нового сорту рису та інших ключових культур, які покращують мікробіом ґрунту. Це може виявитися як прибутковим, так і хорошим способом спробувати відновити заплямований імідж компанії.

Сільськогосподарський відділ компанії Bayer також є великим інвестором у сільськогосподарські стартапи та сильним новатором.

джерело: Баварський

примітним, Bayer підписав партнерську угоду з Microsoft поєднати систему управління даними Azur від технологічного гіганта з досвідом Bayer у використанні даних із супутників, польових датчиків, дронів, польового обладнання та ґрунтових датчиків для створення справді сучасних та об’єднаних ферм.

джерело: Баварський

Він також є лідером у сортуванні насіння та редагуванні генів у рослинах, маючи в розробці понад 500 нових сортів культур (і реєструючи 250 нових культур у 2022 році).

джерело: Баварський

Компанії сільськогосподарського мікробіому

Менші компанії, які ще не зареєстровані на біржі, безпосередньо працюють над мікробіомом рослин.

Лаві-Біо

Компанія працює над 6 різними продуктами, включно з одним у партнерстві з Corteva Agriscience.

джерело: Лаві-Біо

Один продукт уже дійшов до стадії комерціалізації, продається під Yalos™ компанія.

Технологія Yalos і Lavie-Bio здебільшого зосереджена на запатентованих штамах бактерій, здатних допомогти підвищити продуктивність сільськогосподарських культур.

Мікроендо

Для кожної культури мексиканська компанія виробляє біодобриво.

Для цього вони збирають і використовують існуючий мікробіом рослин. Це включає в себе мікроби, присутні всередині рослини.

Джерело: Microendo

IndigoAg

Дослідники компанії аналізують рослини, які показують кращі результати, ніж їхні сусіди, шукаючи мікробні переваги, які можна було б відтворити на цілих полях. Ці природні мікроби потім збираються в комерційна формула для посилення полів, які страждають від пошкоджених або виснажених мікробіомів.

джерело: Індиго

IndigoAg також активний у сфері сертифікати вуглецевих кредитів для фермерів.

AgBiome

AgBiome зосереджена на мікробах, які вбивають грибки, які можуть допомогти захистити культури від грибкових захворювань.

Для цього він розробив власну колекцію повністю секвенованих мікробних штамів (the Платформа GENESIS  – Система ідентифікації генів і штамів). Його можна використовувати в сільському господарстві, а також для всіх інших можливих мікробіомних застосувань, таких як промислове використання та здоров’я тварин і людей.

Джерело: AgBiome

Pivot Bio

Ключова роль ґрунтових мікробіомів полягає в розміщенні азотфіксуючих бактерій, забиранні азоту з повітря та перетворенні його на добриво.

Однак зазвичай ці бактерії працюють тільки з бобовими культурами.

джерело: Pivot Bio

Компанія Pivot Bio розробила перші азотфіксуючі мікроби для зернових культур.

Він міг би замінити синтетичне азотне добриво, вироблене з викопного палива, органічним і вуглецево-нейтральним розчином.

Виробники біомів

Biome Makers створила найбільшу у світі базу даних ґрунтових мікробіомів, що містить 14 мільйонів таксономічних посилань, використовуючи NGS (секвенування наступного покоління) зі 188 сільськогосподарських культур у понад 50 країнах.

Це дозволяє використовувати технологію BeCrop® Test для покращення здоров’я ґрунту, врожайності та зниження витрат (наприклад, непотрібне використання добрив).

джерело: Творець біомів