In den letzten 20 Jahren hat die Forschung über das menschliche Mikrobiom gezeigt, dass es viele Mikroorganismen im und auf dem menschlichen Körper gibt. Diese Forschung wird nun auch in der Landwirtschaft durchgeführt, um das so genannte Pflanzenmikrobiom besser zu verstehen. Viele dieser Mikroorganismen, die in oder nahe der Oberfläche von Pflanzen leben, haben sich zusammen mit der Pflanze entwickelt und sind wichtig für ihre Gesundheit und Entwicklung.
Bei Indigo haben wir biotrinsic® entwickelt, eine innovative Reihe biologischer Saatgutbehandlungsmittel, die die Kraft des pflanzlichen Mikrobioms nutzen, um Pflanzen widerstandsfähiger gegen Umweltstressoren wie Hitze, Feuchtigkeit, Schädlinge und Krankheiten zu machen. In diesem Artikel beschreiben wir, wie wir die Mikroben entdeckt haben und wie wir sie in leistungsstarke Saatgutbehandlungsmittel für Landwirte umwandeln.
Aber erst einmal: Was tun Mikroben überhaupt in Pflanzen?
Mikrobielle Ökologen wissen seit langem, dass es Mikroorganismen gibt, die sich entwickelt haben, um eine Vielzahl von Umweltbelastungen zu bekämpfen oder abzuschwächen - sowohl biotische Belastungen wie Pilzkrankheiten oder Insektenbefall als auch abiotische Belastungen wie Nährstoffmangel und Trockenheit.
Beispielsweise produzieren nützliche Pilze oft antibiotische Moleküle, die das Wachstum pathogener Stämme hemmen. Im Bild unten hemmt ein Pilzstamm (am Rand der Petrischale) das Wachstum des Rhizoctonia-Erregers (Mitte).
Einige Bakterien produzieren Pflanzenhormone, die das Pflanzenwachstum fördern, die Pflanzenphysiologie verändern oder biochemische Prozesse beeinflussen können, um Pflanzen zu helfen, biotischem und abiotischem Stress zu widerstehen. Im zweiten Beispiel produziert eine von einem Phyllobakterium besiedelte Pflanze ein pflanzliches Auxin. Das Bakterium bewirkt eine drastische Zunahme der Bildung von Seitenwurzeln im Vergleich zur unbehandelten Pflanze auf der linken Seite, was der Pflanze helfen kann, Wasser oder Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen.
Bei Indigo versuchen wir zu verstehen, welche Mikroorganismen in gesunden Pflanzen vorkommen - in verschiedenen Sorten, in verschiedenen Regionen und unter verschiedenen Umwelt- und Feldbedingungen - und diese Mikroben dann als eine Art pflanzliches Probiotikum in das Saatgut einzubringen, um den Pflanzen zu helfen, den harten Bedingungen zu widerstehen. Unsere Produktforschung konzentriert sich vor allem auf eine Untergruppe von Mikroorganismen, die als Endophyten bekannt sind. Sie leben im Pflanzengewebe in enger Verbindung mit der Wurzelrhizosphäre und gehen eine enge, langfristige Beziehung mit ihren Wirtspflanzen ein.
Ein einziges Gramm Pflanzengewebe enthält eine reiche mikrobielle Gemeinschaft mit Tausenden von einzigartigen Bakterien- und Pilzstämmen. Wie entdecken die Wissenschaftler von Indigo nützliche Mikroben und machen sie zu wirksamen Saatgutbehandlungsmitteln? Das ist ein komplexer Prozess, der viel Zeit, Fachwissen und strenge Tests erfordert.
- Auf der Suche nach Mikroben im Feld - Die Forscher von Indigo gehen auf Felder, die einem bestimmten Stress ausgesetzt sind, und suchen eine Pflanze, die diesen Stress besser übersteht als ihre Nachbarn. Sie sammeln diese gesunden Pflanzen und ihre ungesunden Gegenstücke und sequenzieren die mikrobielle Gemeinschaft in diesen beiden Subpopulationen. Ist das Mikrobiom der gesunden Pflanze besser ausgestattet? Manchmal stellen wir fest, dass dies der Fall ist, und das setzt einen Prozess der genaueren Untersuchung in Gang, um das Mikrobiom besser zu verstehen und es in unsere Bibliothek der Mikroben aufzunehmen.
- Aufbau einer Mikroben-Bibliothek - Wenn Indigo-Forscher einen Endophyten entdecken, der Pflanzen hilft, Umweltstress zu widerstehen, fügen sie ihn der Indigo-Stammbibliothek hinzu, die eine der vielfältigsten Endophytenbibliotheken der Welt ist. Indigo hat mehr als 8.000 Pflanzengewebeproben aus den USA gesammelt, die jeweils Hunderttausende von Mikroben beherbergen und aus verschiedenen Kulturen und Umweltbedingungen stammen. Für jede dieser Gewebeproben haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Indigo detaillierte Sequenzen aller Mikroorganismen, die in der Gewebeprobe vorkommen, aufgezeichnet, was ein tiefes Verständnis der pflanzlichen Mikrobiom-Gemeinschaften ermöglicht. Die Bibliothek von Indigo enthält mehr als 25.000 pflanzenassoziierte Mikroben, die bis heute isoliert und identifiziert wurden. Mehr als 4.000 davon sind verschiedene Gattungen und Hunderte davon sind neue Arten, d.h. sie wurden erst kürzlich entdeckt und werden gerade identifiziert. Unsere Sammlung umfasst filamentöse Pilze, Hefen, Bakterien und Algen.
- Nominierung von Bakterienstämmen für die Entwicklung von Produkten - Wir nutzen die Daten unserer Bibliothek zur Vorhersage oder Nominierung, welche Stämme die besten Kandidaten für Tests in unserer F&E-Pipeline zur Entwicklung neuer biologischer Wirkstoffe sein könnten.
- Praxistests der Produkte - Die im Beschaffungsprogramm von Indigo identifizierten Sorten werden strengen Labor-, Gewächshaus- und schließlich Feldversuchen unterzogen. Bei den Feldversuchen beginnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Indigo mit kleinen Versuchen, aber erfolgreiche Saatgutbehandlungen werden schließlich im kommerziellen Maßstab getestet, damit sie hergestellt und vermarktet werden können.
- Das fertige biotrinsic® Produkt - Unsere Produkte sind in drei Formen erhältlich: als flüssige Saatgutbehandlung, als benetzbares Pulver oder als rieselfähiges Pulver. Die biotrinsic®-Produkte von Indigo sind so konzipiert, dass sie mit einer Kombination von Pflanzenschutzmitteln kombiniert werden können, die auf die spezifischen Probleme der Felder der Landwirte abgestimmt sind.