Как почвенные микробы помогают кукурузе противостоять болезням
Растения не могут само изолироваться во время вспышки заболевания, но они могут получить помощь от друга — полезные почвенные микробы помогают растениям отразить широкий спектр болезней. Теперь ученые Texas A & M AgriLife раскрыли основную часть процесса, в котором полезные грибы помогают растениям кукурузы защищаться от болезнетворных микроорганизмов.
Результаты появились в The Plant Cell в январе. Руководил исследованием Майкл Коломиец, доктор философии, профессор патологии растений и микробиологии в Техасском колледже сельского хозяйства и естественных наук Техасского университета.
Тщательный отбор и селекция растений позволили значительно повысить урожайность, выносливость и сопротивляемость болезням по всему миру. Но в наши дни производительность сельскохозяйственных культур не может быть улучшена только за счет генетического отбора, сказал Коломиец.
Почвенные микробы вызывают «системное сопротивление»
Почвенные микробы поражают растения поразительным образом. Например, когда растение борется с болезнью, скорость его роста замедляется. Но когда растение питает на своих корнях полезные микробы, оно может бороться с вредителями, сохраняя при этом нормальный рост.
Эти почвенные микробы придают растению особый вид защиты от болезней. При присутствии почвенных микробов растения испытывают так называемую «индуцированную системную резистентность» — повышение иммунитета, защищающее растение от широкого спектра патогенных микроорганизмов.
«Когда мы разрабатываем культуру с устойчивостью к патогену, нам, как правило, необходимо определить ген устойчивости для каждого конкретного штамма или группы патогенов», — сказал Коломиец. «Индуцированная системная резистентность является гораздо лучшей стратегией, потому что она эффективна против множества патогенов. По всем этим причинам понимание синергии между микробами и растениями имеет большой потенциал для улучшения здоровья культур и повышения урожайности».
Что именно делают микроорганизмы?
Ученые знали, что влияние микробов на растения связано с растительным гормоном, называемым жасмоновой кислотой, но картина не совсем складывалась в пользу Коломиеца. Хотя гормон усиливает защиту, он также замедляет рост. По этой причине растения воспринимают жасмоновую кислоту только в течение короткого периода времени после восприятия стресса, поскольку существует постоянное снижение роста из-за постоянного присутствия этого гормона в тканях растений.
Если полезные для жизни растения грибы находятся на корнях, то растения постоянно вырабатывают жасмоновую кислоту, он сказал: «Мне всегда было интересно, как это возможно, что грибы также способствуют росту? Для меня это не имело смысла».
Все дело в соке
Чтобы увидеть, что происходило внутри растений кукурузы с грибами и без них, команда собрала сок из растений кукурузы, у которых на корнях были грибы Trichoderma. Затем исследователи впрыскивали этот «сильный» сок в растения кукурузы, которые не имели контакта с Trichoderma.
Они также повторили этот эксперимент еще с двумя сортами кукурузы, использованными в предыдущих исследованиях. Первый сорт, естественно, обладает более сильным иммунитетом даже без присутствия Trichoderma. Второй, напротив, ослабил иммунитет. Наконец, они повторили эксперимент с двумя ранее открытыми Trichoderma мутантами. Один мутант не может повысить иммунитет кукурузы, а другой индуцирует иммунитет до уровней, превышающих уровень его предшественника дикого типа.
Во всех случаях, когда сок брали из растений с сильным иммунитетом и вводили в нормальные или ослабленные растения, сок действовал подобно вакцине, делая более слабые растения устойчивыми к болезням. А когда сок из более слабых растений впрыскивали в растения с повышенным иммунитетом, то этот иммунитет ослабевал.
Затем исследователи проанализировали полный набор метаболитов в растениях из каждого эксперимента. В конечном счете, два соединения учитывали эффекты Триходермы. Одно соединение, 12-OPDA, было знакомым строительным блоком для жасмоновой кислоты. Но в отличие от жасмоновой кислоты, это соединение может не препятствовать росту растений.
Кроме того, анализ показал, что Trichoderma посылает химические сигналы, чтобы побудить растения производить 12-OPDA и препятствовать использованию 12-OPDA для производства жасмоновой кислоты.
Могут ли растения, и микробы эффективно работать вместе?
Среди будущих целей команды — найти естественные варианты Trichoderma, которые даже более полезны, чем используемые в настоящее время штаммы. «В природе существует большое разнообразие, и мы должны использовать это разнообразие», — сказал Коломиец.
«Кроме того, команда теперь может определить те сорта кукурузы, которые лучше взаимодействуют с этими полезными микробами», сказал Коломиец. «Если мы знаем, как они это делают, это позволяет нам производить лучшую кукурузу для микроба и производить лучший микроб для кукурузы, что приводит к более здоровой кукурузе в поле».
Истчник: Техасский университет A & M, Ольга Кучмент
