Rhizosfære-løsninger understøtter stressresistent hvede
Klimaforandringer og en voksende befolkning udgør kritiske udfordringer for fødevareproduktion. Verden har brug for pålidelige basisafgrøder, der kan modstå klimarelaterede stressfaktorer som varme, saltholdighed, oversvømmelser og tørke. Projektet RhizoEng(opens in new window), der blev gennemført med støtte fra Marie Sklodowska-Curie Actions-programmet(opens in new window), undersøgte, hvordan signalering mellem hvederod-afsondringer og gavnlige mikrober i jorden kan give mere hårdføre planter.
Opbygning af et syntetisk samfund i rhizosfæren
Rhizosfæren(opens in new window) er det område i jorden, hvor en plantes metaboliske funktioner interagerer med de omkringliggende mikroorganismer. Når planter frigiver afsondringer som aminosyrer, organiske syrer og sukker i jorden, fungerer disse rodexudater som kemiske signaler, der tiltrækker mikrober. På baggrund af denne naturlige symbiose antog RhizoEng, at skabelsen af et syntetisk samfund gennem rhizosfære-teknologier - manipulation af de mikroorganismer, der er tilgængelige for rod-exudater - kunne resultere i mere hårdføre, tørkeresistente hvedestammer. For at teste denne teori dokumenterede RhizoEng omhyggeligt rod-exudater i en naturlig jordmatrix og udviklede en standardiseret og systematisk pipeline til udvinding af disse afsondringer. Projektet gennemførte også en forhåndsscreening for at udvælge gavnlige og responsive mikrobielle stammer. Ifølge Marie Sklodowska-Curie Actions-stipendiat Ajay Madhusudan Sorty: "Denne tilgang gjorde det muligt for os at levere specifikke mikrobielle stammer sammen med rodexudat-komponenter som signalmolekyler, hvilket sikrede en vedvarende tilstedeværelse af de inokulerede stammer nær rodzonen."
Tværfaglige drivhusforsøg
Kemisk økologi - især rhizosphere engineering(opens in new window) – er et nyt felt. Projektet brugte information og metoder fra flere discipliner, herunder mikrobiologi, plantevidenskab, molekylærbiologi og molekylær økologi, til at udfylde videnskløften om værts-mikrobe-interaktioner i jorden og udvikle et praktisk værktøj til dyrkning af afgrøder. Projektets resultater var baseret på to omhyggeligt gennemførte drivhusforsøg. Det første identificerede egenskaber ved hvederod-exudater i naturlig jord under tørkeforhold. Det andet forsøg undersøgte reaktionerne fra mikrober, der er gavnlige for hvede. Sorty fortalte om resultaterne af drivhusforsøgene: "Under stressforhold forbedrer tilsætning af syntetiske rod-exudater som koloniseringssignalformidlere rhizosfærens kemiske økologi, hvilket gør denne metode til et robust værktøj til at konstruere hvede-rhizosfærer mod stressinduceret dysbiose, som er en ubalance i mikrobiomet."
Rhizosfære-teknologier i fremtiden
RhizoEng afslørede for første gang den underjordiske signaleringsadfærd i hvederod-exudater under tørkeforhold. Den innovative metode i rhizosfære-teknologien viser betydningen af kemisk økologi for produktion af tørkeresistente afgrøder. På kort sigt vil projektets lovende eksperimentelle resultater blive delt i akademiske og forskerkredse, hvor de teknologiske indsatser, der er nødvendige for at håndtere abiotisk stress i afgrøder, kan udvikles. De næste skridt på mellemlang og lang sigt omfatter opskalering af strategien for rhizosfære-teknologi til bredere anvendelse og udforskning af effektiviteten af metoden i andre afgrøder. Som Sorty påpeger: "Det er lykkedes os at identificere exudater, der aktiverer gavnlige modreaktioner hos stressdæmpende mikrober, hvilket fremmer det overordnede positive samspil med værtsplanterne." Dette positive resultat fortjener at blive fulgt op. Håndtering af en stabil fødevareforsyning under ugunstige forhold er en truende udfordring for menneskeheden, og resultaterne af RhizoEng-projektet peger på en vej frem.
