Identifizierung und Charakterisierung der krankheitsunterdrückenden Mikroorganismen beim Komposteinsatz

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 17.12

Schlüsselwörter (Deutsch)

Kontrolle bodenbürtiger Krankheiten, Kompostmikrobiota, Next Generation Sequencing (NGS)

Schlüsselwörter (Englisch)

Control of soilborne diseases, compost microbiota, next generation sequencing (NGS)

Schlüsselwörter (Französisch)

Lutte contre les maladies transmises par le sol, le microbiote de compost, le séquençage de nouvelle génération

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bodenbürtige Krankheiten verursachen in der Landwirtschaft grosse Schäden und sind schwierig zu kontrollieren. Der Einsatz von geeignetem Kompost kann den Druck durch bodenbürtige Krankheitserreger reduzieren. Es besteht jedoch Optimierungsbedarf, da nicht jeder Komposteinsatz erfolgreich ist. Ein Grund für die schlecht vorherzusagende Wirkung von Kompost ist die sich während des Reifeprozesses laufend ändernde mikrobielle Zusammensetzung. Welche mikrobiellen Konsortien wichtig für die positive Wirkung sind ist noch weitgehend unbekannt. Dieses Projekt hat zum Ziel, (i) mikrobielle Konsortien, welche für die suppressive Wirkung von Komposten verantwortlich sind, zu identifizieren, (ii) wichtige Vertreter zu charakterisieren und (iii) zu prüfen, ob diese mikrobiellen Konsortien/Hauptakteure die suppressiven Eigenschaften von unwirksamen Komposten verbessern können. Dazu werden die Rhizosphären-Mikrobiota von durch Kompost geschützten und nicht geschützten Pflanzen verglichen durch Isolierung auf Agarmedien und anschliessender Identifizierung mittels MALDI-TOF-MS, sowie durch Metagenomik und de novo Genomassemblierung basierend auf Next-Generation Sequencing. Dieses Projekt schafft die Grundlagen dafür, künftig für spezifische, phytosanitäre Probleme massgeschneiderte Lösungen anbieten zu können, zum Beispiel durch Prüfung von Komposten auf geeignete mikrobielle Zusammensetzung oder durch gezielte Anreicherung mit für die jeweilige Anwendung angepassten Mikroorganismen.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Difficiles à contrôler, les maladies du sol causent de gros dégâts dans l’agriculture. L’utilisation d’un compost adéquat peut diminuer les effets néfastes des agents pathogènes du sol. Mais, comme l’utilisation du compost n’est pas efficace chaque fois, il est nécessaire de procéder à des améliorations. Il est difficile de connaître à l’avance les effets du compost parce que sa composition microbienne change en permanence. On ignore encore quels consortiums microbiens sont importants pour un effet positif. Le présent projet pose les jalons de la mise au point de solutions adéquates à des problèmes phytosanitaires spécifiques.

Projektziele (Deutsch)

Dieses Projekt hat zum Ziel, (i) mikrobielle Konsortien (kultivierbare und nicht-kultivierbare), welche für die suppressive Wirkung von Komposten verantwortlich sind, zu identifizieren, (ii) zu prüfen, ob diese (kultivierbaren) mikrobiellen Konsortien die suppressiven Eigenschaften von unwirksamen
Komposten verbessern können, und (iii) einzelne Mikroorganismen, die in funktionellen Assays suppressive Eigenschaften zeigen, komplett zu sequenzieren.

Folgende vier Hypothesen sollen untersucht werden:

1) Die mikrobielle Zusammensetzung (kultivierbare und nicht kultivierbare Mikroorganismen) in der Rhizosphäre von Pflanzen, welche in Anwesenheit von bodenbürtigen Krankheiten wachsen, unterscheidet sich qualitativ und quantitativ je nach Zugabe von krankheitsunterdrückenden bzw. unwirksameren Komposten (Verifizierung und Vertiefung der Ergebnisse aus Vorversuchen);

2) Die Pflanzenart und die Art der anwesenden bodenbürtigen Pathogene beeinflussen die mikrobielle Zusammensetzung in der Rhizosphäre von in suppressiven Substraten gewachsenen Pflanzen mit;

3) Die krankheitsunterdrückende Wirkung unwirksamer Komposte kann durch Zugabe von Mikroorganismen, welche aus der Rhizosphäre von durch Kompost geschützten Pflanzen isoliert wurden, verbessert werden;

4) Mikroorganismen, welche für die Verbesserung von unwirksamen Komposten verwendet wurden, können aus Pflanzenwurzeln, welche durch diese angereicherten Komposte geschützt wurden, wieder rückisoliert werden und besitzen genotypische Eigenschaften, welche mit der Krankheitsunterdrückung korrelieren.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Der Einsatz von geeignetem Kompost kann den Druck durch bodenbürtige Pathogene reduzieren. Der grosse Schwachpunkt von Kompostanwendungen ist jedoch die Unvorhersehbarkeit und zeitliche Variabilität der Suppressivität. Dieses Projekt hat zum Ziel, ein vertieftes Verständnis für die an der Suppressivität von Komposten beteiligten Mikroorganismen und mikrobiellen Gemeinschaften zu gewinnen. Wir haben dazu einen integrierten Systemansatz entwickelt, der die Aussagekraft verschiedener experimenteller Ansätze mit derjenigen von metagenomischen und funktionell genomischen Analysen kombiniert, um die mit der Suppressivität korrelierten Mikroorganismen zu identifizieren. Als «proof of concept» wurden 20 unterschiedliche Komposte auf ihre Suppressivität im Kresse-Pythium ultimum-System getestet und die SVs (Sequenzvarianten) der Kompostsubstrate und der Rhizoplanen geschützter und ungeschützter Pflanzen verglichen. Die robusten mit Suppression korrelierten SVs wurden identifiziert und in einem zweiten Schritt mit homologen Sequenzen von Rhizoplane-Isolaten abgeglichen. Eine erste Auswahl der so selektionierten bakteriellen Isolate wurde auf ihre suppressiven Eigenschaften untersucht, wobei Konsortien Kresse gegen Pythium ultimum besser schützten, als Einzelisolate. Eine erste Kollektion von Isolaten wurde vollgenomsequenziert. Viele weitere Isolate aus den diversen im Projektrahmen durchgeführten Suppressivitätsversuchen stehen für künftige Screeningversuche zur Verfügung.