Ученые разработали микробиом растений для защиты посевов от болезней
Ученые впервые сконструировали микробиом растений, увеличив распространенность «хороших» бактерий, защищающих растения от болезней. Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications исследователями из Университета Саутгемптона (Китай и Австрия), могут существенно снизить потребность в экологически разрушительных пестицидах.
В растениях обитает огромное количество бактерий, грибов, вирусов и других микроорганизмов, живущих в их корнях, стеблях и листьях. В течение последнего десятилетия ученые интенсивно исследовали микробиомы растений, чтобы понять, как они влияют на здоровье растений и их уязвимость к болезням.
«Впервые нам удалось целенаправленно изменить состав микробиома растения, увеличив количество полезных бактерий, которые могут защитить растение от других вредных бактерий», — говорит доктор Томислав Чернава, соавтор статьи и доцент кафедры растительно-микробных взаимодействий в Университете Саутгемптона.
«Этот прорыв может снизить зависимость от пестицидов, которые вредны для окружающей среды. Мы добились этого на рисовых культурах , но созданную нами структуру можно применить и к другим растениям и открыть другие возможности для улучшения их микробиома. Например, микробы, которые увеличивают снабжение сельскохозяйственных культур питательными веществами, могут снизить потребность в синтетических удобрениях».
Международная исследовательская группа обнаружила, что один конкретный ген, обнаруженный в кластере биосинтеза лигнина растения риса, участвует в формировании его микробиома. Лигнин — сложный полимер, содержащийся в клеточных стенках растений. Биомасса некоторых видов растений состоит более чем на 30% из лигнина.
Во-первых, исследователи заметили, что когда этот ген был деактивирован, произошло уменьшение популяции некоторых полезных бактерий, что подтверждает его важность в составе сообщества микробиома.
Затем исследователи сделали обратное: сверхэкспрессировали ген, чтобы он производил больше одного конкретного типа метаболита — небольшой молекулы, вырабатываемой растением-хозяином во время его метаболических процессов. Это увеличило долю полезных бактерий в микробиоме растений.
Когда эти модифицированные растения подверглись воздействию Xanthomonas oryzae — патогена, вызывающего бактериальную болезнь рисовых культур, они оказались значительно более устойчивыми к нему, чем рис дикого типа.
Бактериальная болезнь распространена в Азии и может привести к существенной потере урожая риса. Обычно его контролируют с помощью загрязняющих пестицидов, поэтому производство урожая с защитным микробиомом может помочь укрепить продовольственную безопасность и помочь окружающей среде.
В настоящее время исследовательская группа изучает, как они могут влиять на присутствие других полезных микробов, чтобы получить различные преимущества для здоровья растений.
Источник: Университет Саутгемптона
