Ako sa genetika, aminokyseliny a baktérie spojili v boji proti háďatku sójovým

Fiona Goggin, professor of entomology, center, with her research team, post-doctoral fellow Payal Sanadhya and Ph.D. graduate assistant Abeer Alnasrawi.


Fotografia U of A System Division of Agriculture od Freda Millera

Fiona Goggin, profesorka entomológie, centrum, so svojím výskumným tímom, post-doktorandkou Payal Sanadhya a Ph.D. absolventský asistent Abeer Alnasrawi.

Na obzore je nádej pre pestovateľov sóje, ktorí bojujú s háďatkami, tými malými škrkavkami, ktoré minulý rok poškodili úrodu sóje v Arkansase za viac ako 95 miliónov dolárov.

Po niekoľkých rokoch výskumu vedci z Arkansaskej poľnohospodárskej experimentálnej stanice a ďalších pozemkových inštitúcií v Kalifornii, Washingtone a Indiane našli spôsob, ako posilniť prirodzenú obranyschopnosť rastliny sóje a znížiť rozmnožovanie háďatiek sóje a háďatka koreňového pomocou špeciálnych aminokyselín. kyseliny nazývané peptidy.

“Videli sme, že ošetrenie semien syntetickými rastlinnými elicitorovými peptidmi dokázalo znížiť infekciu háďatkom sóje a háďatkom koreňovým,” Fiona Goggin, profesorka entomológie na experimentálnej stanici, výskumná skupina U of A System Division of Agriculture. , povedal skupine vedcov na jesennom sympóziu Arkansas Biosciences Institute. “A máme nové výsledky, ktoré ukazujú, že rhizobaktérie alebo baktérie, ktoré kolonizujú koreňové systémy, môžu predstavovať sľubný alternatívny prístup na dodávanie týchto peptidov na riadenie háďatiek.”

Rastlinné elicitorové peptidy (PEP) sú prirodzené signálne molekuly, ktoré iniciujú obrannú reakciu rastlín, keď sú poškodené háďatkami alebo chorobou. Aj keď existuje množstvo kultivarov odolných voči háďatkám, z ktorých si pestovatelia v Arkansase môžu vybrať, žiadny nemôže kontrolovať všetky kmene háďatka sójového a háďatka koreňového súčasne, povedal Goggin. Háďatká spôsobujú podobné škody na rastline, ale sú geneticky odlišné.

“Takže potrebujeme ďalšie kontrolné opatrenia, ktoré sú široké a nie sú zamerané len na jeden alebo druhý druh,” povedal Goggin.

Okrem potiahnutia semien sóje syntetickými peptidmi zvyšujúcimi odolnosť výskumníci tiež experimentovali s bežnými, nepatogénnymi baktériami, ktoré boli modifikované tak, aby dodávali rastlinné elicitorové peptidy. Výhodou metódy dodávania baktérií oproti obaľovaniu semien je dlhšia ochrana počas rastového cyklu rastliny. Goggin povedal, že testy ukazujú, že bakteriálna liečba znížila reprodukciu háďatka sójového. Jej tím teraz vykonáva experimenty, aby zistil, či metóda funguje aj na háďatkách koreňových.

Goggin povedal, že z chorôb, ktoré napádajú sóju, je č. Jednou z príčin straty výnosu sóje v Spojených štátoch je háďatko sóje a háďatko koreňové patrí medzi päť najlepších škodcov plodiny. Arkansas má väčší problém s háďatkom koreňovým. Ekonomické straty na plodinách sóje v Arkansase spôsobené háďatkom koreňovým sa od roku 2011 do roku 2021 zvýšili o 180 percent, podľa údajov Crop Protection Network. Údaje siete ukazujú, že háďatko s koreňovým uzlom spôsobilo v minulom roku 4-percentnú stratu výnosov sóje v štáte – viac ako 6,6 milióna bušlov v hodnote viac ako 84,6 milióna dolárov. Háďatko sójové poškodilo minulý rok v Arkansase sójové bôby za približne 10,5 milióna dolárov.

Vedci z Arkansas Agricultural Experiment Station majú niekoľko výskumných projektov zameraných na zlepšenie produkcie sóje. Pokiaľ ide o hotovostné príjmy z fariem, sójové bôby majú najvyššiu hodnotu medzi riadkovými plodinami v Arkansase na úrovni 1,6 miliardy dolárov, podľa profilu poľnohospodárstva Arkansas 2022. Sója je najbežnejšou plodinou v Arkansase s viac ako dvojnásobným množstvom plochy ryže, dodáva poľnohospodársky profil.

Sójová múčka sa primárne používa ako doplnok stravy s vysokým obsahom bielkovín v krmivách pre zvieratá. Zrnko pozostáva z asi 20 percent oleja a možno ho použiť aj na výrobu bionafty.

Ako metóda funguje

Proces signalizácie poškodenia rastliny začína, keď sa krátke bioaktívne peptidy odštiepia od dlhších propeptidov – reťazcov aminokyselín, ktoré nie sú biologicky aktívne, vysvetlil Goggin.

Predchádzajúce výskumy v iných laboratóriách ukázali, že reakcie rastlín môžu byť silnejšie proti patogénom a hmyzu, ak sa im poskytne nadbytok propeptidov alebo sa bioaktívny peptid doplní umelo. Goggin spolupracoval s Alisou Huffaker na University of California-San Diego, výskumníčkou, ktorá sa podieľala na pôvodnom objave rastlinných elicitorových peptidov v Arabidopsis, rastline bežne používanej na experimenty. Spoločne ukázali, že ošetrenie semien sójových bôbov elicitorovými peptidmi sójových bôbov by mohlo znížiť infekciu cystotvorným háďatkom sóje a háďatkom koreňovým bez potlačenia rastu koreňov alebo vývoja semien.

Pretože účinky ošetrenia semien sa nemusia preniesť do neskorších štádií vegetačného obdobia, laboratórium Goggin experimentovalo aj s použitím systému dodávania baktérií pre dlhodobý vplyv a potenciálne úspory nákladov. Spolupracovali s Cynthiou Gleasonovou z Washington State University a Lei Zhangom z Purdue University, ktorí predtým používali baktérie na dodávanie peptidov do zemiakov. Počiatočné výsledky sú sľubné a naznačujú, že tento prístup môže pomôcť obmedziť háďatko sóju, povedal Goggin. Nasledujúci výskumníci v Gogginovom laboratóriu boli tiež integrálnymi partnermi vo výskume: Abeer Alnasrawi, Ph.D. kandidát v programe bunkovej a molekulárnej biológie; Ashley Humphreys, postgraduálny študent; a postdoktorandi Min Woo Lee a Payal Sanadhya.

Určité počiatočné financovanie tohto výskumu pochádzalo z Arkansas Biosciences Institute, povedal Goggin na sympóziu. Národný inštitút pre výživu a poľnohospodárstvo Ministerstva poľnohospodárstva USA tiež udelil grant 499 936 dolárov Gogginovi a spoluriešiteľom Johnovi Rupemu a Alejandrovi Rojasovi v roku 2021 na preskúmanie metód posilnenia obrannej reakcie sójových bôbov proti nematódam a pôdnym patogénom.

Pretože alternatívne liečby zvyšujú prirodzenú obranyschopnosť rastliny, mohli by znížiť potenciál odolnosti voči pesticídom, poznamenal Goggin. Niektoré pesticídy používané na boj proti háďatkám sa používajú na iné problémy, ako sú huby.

“Čím viac sa tieto pesticídy používajú, tým väčší je potenciál rezistencie voči týmto pesticídom, rovnako ako to vidíte pri rezistencii na antibiotiká,” povedal Goggin.

Veda za ich objavmi môže byť účinná aj v iných rastlinách, ktoré sú náchylné na háďatká, dodala.

“Je možné, že tieto peptidy by mohli fungovať na iných chorobách prenášaných pôdou a máme tiež záujem o pyramídu týchto geneticky modifikovaných rhizobaktérií s inými biologickými látkami, ktoré sa skúmajú na zvládnutie háďatiek alebo chorôb,” povedal Goggin.

S pozitívnymi výsledkami z použitia modifikovaných baktérií na zavedenie rastlinných elicitorových peptidov do koreňov rastlín sóje a zníženie reprodukcie háďatiek by spoločné výskumné úsilie mohlo viesť ku komerčnému vývoju alternatívneho systému manažmentu patogénov, ktorý má dlhodobé účinky a prekonáva rezistenciu voči pesticídom. .

Ak sa chcete dozvedieť viac o výskume divízie poľnohospodárstva, navštívte webovú stránku Arkansas Agricultural Experiment Station: https://aaes.uada.edu. Sledujte na Twitteri @ArkAgResearch. Ak sa chcete dozvedieť viac o divízii poľnohospodárstva, navštívte https://uada.edu/. Sledujte nás na Twitteri na @AgInArk. Ak sa chcete dozvedieť o programoch rozšírenia v Arkansase, kontaktujte svojho miestneho zástupcu Cooperative Extension Service alebo navštívte stránku www.uaex.uada.edu.

O divízii poľnohospodárstva: Poslaním systémovej divízie poľnohospodárstva University of Arkansas je posilniť poľnohospodárstvo, komunity a rodiny prepojením dôveryhodného výskumu s prijímaním osvedčených postupov. Prostredníctvom Poľnohospodárskej experimentálnej stanice a Cooperative Extension Service, Divízia poľnohospodárstva vykonáva výskumné a rozširovacie práce v rámci historického systému vzdelávania o pôde. Divízia poľnohospodárstva je jedným z 20 subjektov v rámci systému University of Arkansas. Má kancelárie vo všetkých 75 okresoch v Arkansase a fakultu v piatich systémových areáloch. Systémová divízia poľnohospodárstva University of Arkansas ponúka všetky svoje nadstavbové a výskumné programy a služby bez ohľadu na rasu, farbu pleti, pohlavie, rodovú identitu, sexuálnu orientáciu, národnostný pôvod, náboženstvo, vek, zdravotné postihnutie, rodinný alebo veteránsky stav, genetické informácie alebo akékoľvek iné právne chránené postavenie a je zamestnávateľom s pozitívnym prístupom/rovnakými príležitosťami.

Ako sa genetika, aminokyseliny a baktérie spojili v boji proti háďatku sójovým

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *