Talajmikrobákkal a jobb szüretért

Geml József tudományos karrierje jó részét – két évtizedet – külföldön töltötte. Az egri gimnázium és a Gödöllői Agrártudományi Egyetem elvégzése után a Pennsylvaniai Egyetemen szerzett doktorátust (az elsőt, mert néhány évvel később megvédett egy másodikat is Magyarországon). Később dolgozott Alaszkában, ahol a sarkköri élővilágot tanulmányozta, majd tíz évig volt adjunktus a hollandiai Leideni Egyetemen. Eközben személyes dél-amerikai kapcsolatainak köszönhetően sokat kutatott Dél- és Közép-Amerikában, Délkelet-Ázsiában, valamint Afrika déli országaiban.

A kutató a chilei Atacama-sivatagban Forrás: Geml József

A biológus egész pályafutása során a kevéssé ismert gombafajokat tanulmányozta, amihez a legmodernebb DNS-szekvenáló és bioinformatikai módszereket vetette be. Még egy csiperkefajt is elneveztek róla, az Agaricus gemliit. Hazatérése motivációiról elmondta, hogy amikor évente hazajártak Hollandiából, a gyermekei egyre jobban érezték magukat Magyarországon, és egyre nehezebb volt visszamenni Leidenbe. Így itthoni továbblépési lehetőséget keresett és talált a Lendület-pályázat segítségével: tavaly alapíthatta meg az Eszterházy Károly Egyetemen a Környezeti Mikrobiom Kutatócsoportot. Egerben végzett kutatómunkája fókuszában a szőlőtermelésben szerepet játszó talajlakó mikrobaközösségeket találjuk.

„Kutatócsoportunk a talaj és növényi mikrobiom közötti kapcsolatot vizsgálja, illetve hogy ezt a kapcsolatot hogyan befolyásolják a környezeti tényezők – mondta Geml József. – Ilyen tényező lehet az élőhely talajtípusa vagy a mikroklíma is. A csoport egyik fő célkitűzése kifejezetten a mikrobák szőlőtermesztésre gyakorolt hatásának vizsgálata.”

A növények és a talajlakó gombák kapcsolata rendkívül szerteágazó lehet. A gombafajok egy része segíti a növényt, például részt vesz a növények gyökereivel szimbiotikus kapcsolatot alkotó mikorrhizák létrejöttében, viszont rengeteg a gombák között a növényi kórokozó is. A kutatócsoport a szőlőültetvények talajában és a szőlőnövényekben előforduló gombaközösségeket térképezi fel több borvidékre kiterjedően. E gombafajok biológiai sokfélesége minden képzeletet felülmúl. Geml József elmondása szerint

egy gramm talajban akár 5-600-féle gombafaj is élhet.

Ráadásul a mezőgazdasági művelés alatt álló területek talaja sokkal szegényesebb gombákban, mint a természetes talajok. Ha az erdőben veszünk talajmintát, annak egy grammjában akár ezernél is több gombafaj élhet. E talajlakó gombák jó része szaprotróf táplálkozású, tehát elhalt szerves anyagok lebontásával foglalkozik. Viszont sok növényi patogén is van közöttük, egyes becslések szerint a 20-30 százalékuk képes betegséget okozni a növényekben.

„A növénytermesztés szempontjából a kórokozók mellett a hasznos gombák jelentősége hasonlóan nagy. Például a mikorrhizás gombák segítik a növényt a víz és a tápanyagok felvételében, és enyhítik a növényekre nehezedő szárazságstresszt azáltal, hogy könnyebbé teszik a gyökerek számára a víz felvételét” – mondta el a kutató

A Környezeti Mikrobiom Kutatócsoport munkája szinte pontosan egy évvel ezelőtt indult. Az első cél az volt, hogy a különböző talajtípusokon termesztett szőlőfajták és a talajmikrobák kapcsolatát feltérképezzék. A borászatban jól ismert jelenség, hogy a dűlő talaja befolyásolja a termelt bor minőségét. E hatás egy része a talaj ásványi összetételének tulajdonítható, más részét a mikroklíma határozza meg. Ugyanakkor a fennmaradó rész az élőhelyen specifikusan előforduló mikrobák tevékenységét tükrözi.

Geml József az Egri borvidéken Forrás: Geml József

A négyéves pályázati időtartam első évében már két nagy mintavételi forduló lezajlott. Minden esetben a tokaji és az egri borvidéken is több dűlőn gyűjtöttek mintákat, eltérő élőhelyeken, eltérő szőlőfajtákból. Gyűjtöttek mintát tünetmentes (tehát ránézésre egészséges) és a tőkeelhalás tüneteit mutató növényegyedekből is. Mindez azért lesz fontos, mert a közeljövőben meg fogják vizsgálni, hogy az egészséges és a beteg szőlők esetében milyen eltérések tapasztalhatók a mikrobiom-összetételben.

A mintákban talált gombák és egyéb mikroorganizmusok DNS-ét megszekvenálják, és ennek alapján azonosítják a fajokat. Várhatóan sok a tudomány számára eddig még ismeretlen fajt is találnak majd.

Eddig nagyjából 120 ezer gombafajt írtak le és neveztek el, de a környezeti DNS-minták sokasága alapján úgy becsülik a kutatók, hogy a földi gombák teljes fajszáma elérheti a 3-5 milliót is.

Emellett végeznek talajkémiai vizsgálatokat is, a mikrobiális közösségek és az élettelen környezeti tényezők közötti összefüggések feltárása érdekében.

„Még egy egészséges növényben is élhet többszázféle gomba és baktérium. Ezek jó része segíti a növényt, mások ártalmatlanul együtt élnek vele, a többi azonban betegséget okozhat. A növények, közelebbről a szőlők ellenálló képessége részben a genetikai adottságaiktól függ, bizonyos fajták rezisztensebbek a gombás fertőzésekkel szemben, mint mások. Emellett azonban a növény általános egészségi állapota is alapvetően meghatározza azt, hogy a patogén mikrobák milyen súlyos problémát képesek benne okozni. Azok a növények, amelyek stresszeltek, például szárazság vagy tápanyaghiány sújtja őket, fogékonyabbak a betegségekre” – magyarázta Geml József.

Elsődleges fontosságú tehát felderíteni, hogy mi az alapvető különbség az egészéges és a beteg vagy stresszelt növények mikrobiomja között. Ezért a csoport az idén egy szárazságstresszprojektet is beindított. A kutatócsoport azt is vizsgálni fogja, hogy mely mikroorganizmusok segíthetnek a kórokozók elleni védekezésben. Bár a kutatás e fázisában az e mögött a segítség mögött meghúzódó mechanizmusokról még keveset tudnak a kutatók, alapvetően két lehetőség vethető fel. Elképzelhető, hogy a talajban élő, úgymond, barátságos mikrobák közvetlenül a patogének ellen veszik fel a harcot, de az is lehetséges, hogy a növény élettani folyamatait változtatják meg úgy (szinte felvértezik ellene), hogy nagyobb eséllyel állhasson ellen a fertőzésnek.

Geml József szerint valószínűleg mindkét mechanizmus hathat. Már a kutatóprogram első évében is találtak olyan előnyös gombafajokat, amelyek megtámadják a kórokozókat, és ezáltal enyhítik a növényi betegség tüneteit. Az is jól látszik, hogy

ha egy mikrobiális közösségben sokféle faj él (nagy a biodiverzitás), akkor a kórokozók nem képesek túlzottan elszaporodni, így komoly betegségeket okozni.

Jól látható ez természetes közösségekben, ahol egy-egy fajnak viszonylag kevés élettér jut, és ritkák a járványok.

Részben ezzel magyarázható, hogy a kultúrnövény-ültetvényeket, ahol alacsony a biodiverzitás, általában súlyosabban érintik a fertőzések. Ezért a mezőgazdasági területeken a talaj mikrobiom-biodiverzitását növelő termesztéstechnológia idővel fenntarthatóbb növényvédelemhez vezethet, de ennek gyakorlati megvalósítása érdekében még sok új tudományos ismeretre van szükség.