potatoMETAbiome

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

ERA-NET SUSCROP: Untersuchungen des Kartoffel-Mikrobioms für die Entwicklung nachhaltiger Züchtungs- und Produktionsstrategien

Titel (englisch)

Harnessing the potato-microbiome interactions for development of sustainable breeding and production strategies

Abstrakt (englisch)

PotatoMETAbiome will contribute to the development of sustainable forms of potato cropping, currently relying largely on high inputs of
fertilizers, pesticides and water, by making use of the power and functional traits provided by the soil microbiome and improved plant –
microbe interactions.
In order to achieve sustainable potato cropping, it is necessary to treat plants as metaorganism: holobionts with its associated microbiome.
We will therefore identify major plant genes that trigger the interaction with the soil microbiome and study their activation using a large
number of potato lines with different susceptability levels towards (a)biotic stress. Further, we will assess key microbial strains that enhance
potato stress response and nutrient aquisition.
The obtained results will be implemented into field trials to test their relevance under real conditions. The evaluation of socio-economic and
environmental impacts of the developed strategies, including the potato genotypes selected for their optimal plant-microbiome interactions,
and participation of stakeholders during the project will ensure the dissemination and implementation of the strategies, supporting the
development of sustainable potato cropping across the major European countries.
Such an approach will have major implications for future breeding strategies and improve the resistance of potato to environmental
challenges associated with climate change. Specifically, the development of plants with optimal soil exploration (improved root biomass)
and microbiome acquisition will alleviate the impact of abiotic stresses such as drought as well as biotic stresses caused by pathogens.
These characteristics will also improve resource-use efficiency of the plant through interactions with beneficial microbes. This increase in
potato resilience will lead to a decline in the use of fertilizers and pesticides, thus reducing the environmental footprint of potato farmers
and improving the health of consumers.

Schlagwörter (deutsch)

Umweltbiotechnologie, Mikrobiom, Pflanzenschutz, Pflanzenzüchtung, Mikroorganismen

Projektleitung

Gabriele Berg

Forschungseinrichtung

Technische Universität Graz

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus, Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101392

Projektlaufzeit

-

Projektziele

PotatoMETAbiome wird zur Entwicklung von nachhaltigen Methoden zum Anbau von Kartoffelpflanzen beitragen. Dieser ist derzeit auf hohe Einträge von Düngungsmitteln, Pestiziden und Wasser angewiesen. Solche Einträge können reduziert werden wenn man die funktionelle Komponente des natürlichen Boden-Mikrobioms und dessen Interaktionen mit der Wirtspflanze gezielt einsetzt. Um nachhaltige Methoden für den Kartoffelanbau zu entwickeln ist es wichtig Pflanzen als Metaorganismen zu betrachten (Holobionten die ein spezifisches Mikrobiom inkludieren). Im Rahmen dieses Projekts sollen die wichtigsten Gene der Kartoffelpflanze identifiziert werden, die für Interaktionen mit dem Bodenmikrobiom essentiell sind. Die Aktivierung dieser Gene soll anhand einer großen Anzahl an Kartoffelzüchtungslinien mit unterschiedlicher Anfälligkeit gegenüber abiotischen und biotischen Stressfaktoren untersucht werden. Zudem sollen wichtige mikrobielle Stämme untersucht werden, die Stressreaktionen der Kartoffelpflanze reduzieren und die Nährstoffzufuhr fördern.
Die Ziele des Projekts schließen auch die Verbesserung von gezielten Züchtungsstrategien mit ein. Mit diesen Strategien soll in Zukunft gezielt nach spezifischen Pflanzengenotypen selektiert werden können, die sich positiv auf die Pflanzengesundheit unter widrigen Bedingungen (Pflanzenpathogene und Nährstoffmangel) auswirken. Um diese Ziele zu erreichen, sollen neue Methoden des integrierten Pflanzenschutzes (Integrated Pest Management, IPM) entwickelt und getestet werden. Damit sollen Mikrobiom-kompatible Pflanzen entwickelt werden, die eine verbesserte Ressourceneffizienz und Resilienz aufweisen und zur Erhöhung der Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft beitragen.

Praxisrelevanz

The project will contribute to a reduction in the environmental footprint of pesticide use in potato cropping by selecting efficient
biocontrol microbial consortia that improve the resistance of the selected genotypes to biotic stress(the fungal soil-borne pathogens
Verticillium dahliae [Verticillium wilt] & Rhizoctonia solani [black scurf]), thus supporting the development and exploitation of novel
integrated disease methods and practices. Moreover, by understanding the impact and fate of the introduced biocontrol in the soils and by
developing a new method of application that improves efficiency, it will generate knowledge that can be implemented in other biocontrol
programs. Furthermore, it will contribute to the development and exploitation of novel crop management approaches to improve potato
resistance to abiotic stress, by considering a meta-organism approach, which considers the interaction between plant and microbiome. It
will identify potential new biologicals (microorganisms that confer abiotic resistance) and provide a mechanistic understanding of their mode
of action. Finally, it will verify the abiotic stress resistance of the selected genotypes, generating key information to enhance predictive
potato breeding strategies and selection of new genotypes leading to new crop varieties that are more resistant to abiotic stresses. The project will
produce key information (genes, metabolites) on the resistance of the selected genotypes to both biotic and abiotic stress, thus
contributing to predictive breeding technologies and development of new potato genotypes selected for improvement in plant health,
protection and resistance.