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La siccità è una delle maggiori minacce per i sistemi agricoli, con conseguenti rese dei raccolti imprevedibili, calo delle entrate agricole e un aumento dei focolai di malattie. Solo negli Stati Uniti, la siccità è costata alla nazione 249 miliardi di dollari dagli anni '80. Una potenziale soluzione per migliorare la resilienza delle colture è l'inoculazione dei semi con batteri, alias. "probiotici" vegetali noti per migliorare la tolleranza alla siccità di una pianta. Mentre gli scienziati hanno identificato molti microbi che mostrano risultati promettenti in laboratorio, replicare la loro efficacia negli studi sul campo agricolo si rivela molto più difficile, in gran parte a causa della complessa variazione ambientale nel mondo reale.
Una nuova ricerca guidata da Rebecca Bart, Ph.D., membro associato, Donald Danforth Plant Science Center, e dai suoi colleghi ha affrontato la sfida di colmare il divario tra studi di laboratorio e sul campo relativi alle interazioni tra colture e microbi e alla loro influenza sulla tolleranza alla siccità. Il loro lavoro ha il potenziale per accelerare l'adattamento delle colture alle condizioni di siccità e semplifica i risultati del laboratorio per gli agricoltori sul campo. La loro ricerca fondamentale è stata recentemente pubblicata su The ISME Journal e eLife .
Gli autori hanno adottato un approccio a livello di sistema per identificare i microbi che hanno influenzato la risposta alla siccità nel sorgo, un lavoro che ha attraversato "ambienti sterili e controllati" in laboratorio, per esperimenti sul campo pieni zeppi di proprietà complesse del suolo, topografia irregolare e accumulo non uniforme di umidità dell'acqua . Il team ha scoperto che almeno sei microbi che hanno causato difetti di sviluppo delle radici in laboratorio, l'arresto della crescita delle piantine di sorgo, stavano anche influenzando negativamente la crescita del sorgo nel campo.
"Il grande progresso qui", ha detto l'autore corrispondente Bart, "è che abbiamo osservato modelli simili in un ambiente controllato e sul campo. Questo risultato ci dice che le nostre osservazioni di laboratorio sono reali e rilevanti per l'agricoltura". Sorprendentemente, il team di ricerca ha anche identificato un nuovo microbo che promuove la crescita delle radici, una caratteristica fondamentale per migliorare la resilienza delle colture alla siccità.
La ricerca, che si è svolta nel corso degli ultimi cinque anni, non è stata priva di sfide. "La variazione ambientale rende il mondo reale un luogo rumoroso in cui condurre la scienza", ha scritto il primo autore e scienziato dei dati senior del Danforth Center Jeffrey Berry. Gli autori avevano bisogno di sviluppare un modello per tenere conto delle variabili biologiche confondenti negli esperimenti sul campo, fattori come il pH del suolo e il contenuto di fosfati, che possono variare notevolmente in un sito sul campo.
Combinando giganteschi set di dati multivariati di collaboratori di diverse istituzioni, tra cui l'Università del Nebraska-Lincoln, la Iowa State University, la Washington State University, l'Università della Carolina del Nord-Chapel Hill, la Colorado State University e il Joint Genome Institute, Berry è stato in grado di utilizzare sofisticati modelli computazionali per comprendere e superare le variazioni nel campo.
Il risultato è stato un modello statistico unico nel suo genere che ha tenuto conto delle proprietà del suolo che hanno influenzato i tratti sia delle colture che dei microbi. Gli autori possono ora confrontare i loro risultati tra il laboratorio e il campo senza preoccuparsi di come le variazioni ambientali potrebbero alterare le loro osservazioni sul campo. "Jeff ha capito come collegare alcuni pezzi di puzzle davvero complicati", ha concluso Bart.
Oltre ad affrontare statistiche complicate e collaborare con scienziati di tutto il paese, parte del successo dei team è stato l'accesso all'impareggiabile infrastruttura di ricerca del Danforth Center. Ad esempio, gli autori hanno utilizzato la struttura di fenotipizzazione della Bellwether Foundation per visualizzare e quantificare in che modo i trattamenti con siccità e microbi hanno influenzato la crescita e lo sviluppo del sorgo come parte dei loro esperimenti di laboratorio controllati.
Il team sta iniziando a replicare la propria metodologia in altri sistemi di colture come il mais e i piani di ricerca futuri per questo lavoro saranno ospitati dal nuovo Centro SINC (Subterranean Influences on Nitrogen and Carbon) del Danforth Center, co-diretto da Bart e altri tre Membri del Danforth Center. + Esplora ulteriormente
