Finland
August 30, 2023
Researchers inoculated oilseed rape plants with a species of fungus that is known for its ability to combat pest insects. Utilising the relationship between beneficial fungi and crop plants may introduce a new era of agriculture where the plant resilience is improved and the ecological footprint of traditional/chemical pesticides is minimised.
A study led by researchers from the University of Turku in Finland has shown that a species of fungus that normally grows in the wild and kills insects can be successfully inoculated in oilseed rape plants where it fosters a unique symbiotic relationship. The discovery is a step towards a future of sustainable agriculture, for which harnessing the power of beneficial fungi to enhance crop protection and productivity holds great potential.
The researchers used Beauveria bassiana, a species of fungus known for its ability to combat pest insects. It is commonly used as a biopesticide that is sprayed on the leaves of crops. These biopesticides are used around the world, but their weakness has been their vulnerability to UV degradation. This led the researchers to explore an alternative approach where they inoculated oilseed rape plants with the fungus to foster a unique symbiotic relationship.
"We embarked on a journey to unlock the potential of Beauveria bassiana in crop protection, while it might live endophytically within the plant tissue. This way, we aimed to create a natural defence mechanism against pests,” explains the first author of the study, Docent Anne Muola from the Biodiversity Unit of the University of Turku.
Successful symbiosis caused an increase in flavonoid biosynthesis
Researchers made a breakthrough by establishing an endophytic relationship between the fungus and oilseed plants. The growth of the fungus in the plant tissue triggered a remarkable increase in flavonoid biosynthesis and compounds known for multiple plant benefits including antioxidant properties.
"Our findings suggest that the interaction between the fungus and the plant spurred a positive response in the form of enhanced metabolite production, rather than a defence response against the fungal intruder,” states lead author of the study, Academy Research Fellow Benjamin Fuchs from the Biodiversity Unit of the University of Turku.
Flavonoids produced by the oilseed rape plant and renowned for their antioxidant properties and their role in UV protection, flower pigmentation, and herbivore deterrence, took centre stage in the study's results. Next, the researchers aim to find out how great of an impact this particular fungus has on plant resilience against environmental stressors and how it impacts crop quality.
Cabbage aphids are common pests in oilseep rape plants. - Photo: Benjamin Fuchs
Using microbes in agriculture can reduce reliance on chemical pesticides
"Our study holds immense promise for sustainable agriculture. By embracing the symbiosis between beneficial microbes and crop plants, we're ushering in a new era of agricultural practices that reduce reliance on chemical pesticides,” says Fuchs.
According to the researchers, partnerships between organisms like the one unveiled in this study offer a glimpse into the future of agriculture where society strives to secure its food supply while minimising the ecological footprint.
“With the increasing recognition of the role of microbes in plant health and advanced biotechnological tools at hand, the stage is set for innovative approaches to optimise crop resilience and quality on a smart and sustainable path,” notes Fuchs.
The study is part of the EcoStack project in the EU's Horizon Europe programme. The research article was published in the esteemed Pest Management Science journal.
> Read the research article
Viljelykasviin istutettu sieni sai kasvin tuottamaan hyödyllisiä yhdisteitä – tutkijoiden löytö on askel kohti maatalouden uutta aikakautta
TwitterLinkedIn
Kopioi linkki
Tutkijat istuttivat rapsiin sienen, joka tunnetaan kyvystään tappaa hyönteisiä. Mikrobien ja viljelykasvien välisen kumppanuuden hyödyntäminen voi käynnistää maatalouden uuden aikakauden, jossa ekologinen jalanjälki on minimoitu ja ruoantuotanto turvattu.
Turun yliopiston tutkijoiden johtama tutkimus osoitti, että luonnossa tavallisesti vapaana maaperässä elävä, hyönteisiä tappava sieni voidaan menestyksekkäästi istuttaa rapsiin, jonka solukoissa kasvaessaan se saa aikaan tiettyjen puolustusyhdisteiden synteesin. Löytö on askel kohti tulevaisuuden kestävämpää maataloutta. Tutkimus toi uutta tietoa siitä, kuinka kasveihin istutettavien sienien avulla voidaan mahdolllisesti vaikuttaa kasvien tuottavuuteen ja niiden kykyyn torjua tuholaisia.
Tutkijat käyttivät työssään Beauveria bassiana -nimistä sienilajia, joka on tunnettu kyvystään infektoida ja tappaa hyönteisiä. Kyseisestä sienestä valmistetaan myös biologisia torjunta-aineita, joita ruiskutetaan viljelykasvien lehtien pinnalle. Nämä torjunta-aineet ovat jo käytössä eri puolilla maailmaa, mutta niiden heikkoutena on toistaiseksi ollut herkkyys UV-säteilylle. Tästä syystä tutkijat halusivat etsiä korvaavaa menetelmää ja kokeilivat istuttaa sientä rapsikasveihin.
– Tavoitteenamme oli testata, voiko Beauveria bassiana -sienen potentiaalia hyödyntää kasvinsuojelussa, vaikka se eläisikin kasvisolukon sisällä endofyyttisesti. Pyrimme tällä tavoin saamaan kasvissa aikaan luonnollisen puolustusmekanismin tuholaisia vastaan, kertoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, dosentti Anne Muola Turun yliopiston biodiversiteettiyksiköstä.
Tutkijat tekivät läpimurron luomalla rapsikasvin ja sienen välille toimivan endofyyttisen suhteen. Sienen kasvu rapsin solukossa kiihdytti sen flavonoidituotantoa, lisäsi antioksidanttisista ominaisuuksistaan tunnettujen yhdisteiden määrää ja edisti myös muilla tavoin kasvien terveyttä.
– Tuloksemme viittaavat siihen, että sienen ja kasvin välinen vuorovaikutus tehosti tiettyjen kasvin puolustuksen kannalta hyödylliseksi tunnettujen yhdisteiden tuotantoa ja toimi siten eri tavoin kuin kasvin tavanomainen puolustusmekanismi esimerkiksi jotakin sienitautia vastaan, toteaa tutkimuksen toinen kirjoittaja, erikoistutkija Benjamin Fuchs Turun yliopiston biodiversiteettiyksiköstä.
Kaalikirvat ovat yleisiä rapsissa esiintyviä tuholaisia. - Kuvat: Benjamin Fuchs
Mikrobien hyödyntäminen maataloudessa voi vähentää riippuvuutta kemiallisista torjunta-aineista
Tutkimuksessa tärkeään asemaan nousivat rapsin tuottamat flavonoidit, joiden tiedetään vaikuttavan muun muassa kasvien UV-suojaan, kukan värin muodostumiseen ja kasviensyöjien torjuntaan. Kasvin ja sienen kumppanuus lisäsi myös antioksidanttiyhdisteiden määrää kasvissa. Seuraavaksi tutkijat haluavat selvittää, kuinka suuri vaikutus kyseisellä sienellä on kasvin vastustuskykyyn erilaisia ympäristön stressitekijöitä vastaan sekä sitä, vaikuttaako se sadon laatuun.
– Tutkimuksemme on askel kohti kestävämpää maataloutta. Jos alamme hyödyntää maanviljelyssä viljelykasvien kanssa tiiviissä vuorovaikutussuhteessa eläviä ja niille hyödyllisiä mikrobeja, siirrymme maatalouskäytännöissä uuteen aikakauteen. Tällöin olemme vähemmän riippuvaisia kemiallisista torjunta-aineista, Fuchs sanoo.
Tutkijoiden mukaan tämänkaltaiset eliöiden väliset kumppanuudet tarjoavat vilauksen maatalouden tulevaisuudesta, jossa yhteiskunnan täytyy pystyä turvaamaan ruoantuotanto ja minimoimaan ekologinen jalanjälki.
– Kun mikrobien rooli kasvien terveydessä tunnustetaan yhä laajemmin ja meillä on käytössämme kehittyneitä bioteknologisia menetelmiä, päästään kehittämään uusia innovatiivisia keinoja, joilla voidaan optimoida kestävästi sadon kasvattamista ja sen laatua, Fuchs toteaa.
Tutkimus on osa Horisontti Eurooppa -ohjelman EcoStack-hanketta. Tutkimusartikkeli julkaistiin arvostetussa Journal of Pest Management Science -lehdessä.
> Tutustu tutkimusartikkeliin
Topics
Species
