Микробы могут «тренировать» растения: немецкие исследователи изучают, как с помощью бактерий можно повысить устойчивость ячменя к болезням.
Растения способны подготовиться к стрессу с помощью биологического механизма, который включается во время особой обработки семян. Исследователи из Института Юлиуса Кюна (JKI) работают над этой технологией: с помощью полезных почвенных микроорганизмов они стремятся подготовить ячмень к воздействию патогенов и сделать его более устойчивым, пишет немецкий агропортал Аgrarheute.com.
Вот как работает микробная тренировка. Растения способны обучаться на клеточном уровне, подготавливаясь к атаке с помощью определенных сигналов и реагируя на нее быстрее. В проекте PrimedPlant исследовательская группа пытается целенаправленно запустить этот процесс, используя полезные бактерии, которые «заранее предупреждают» защитные механизмы растения.
Эти бактерии вырабатывают химические посредники, так называемые молекулы, участвующие в механизме кворум-сенсинга, на которые ячмень реагирует, укрепляя свои клеточные стенки и вырабатывая антимикробные вещества. «Кворум-сенсинг» (quorum sensing, или “чувство кворума”) - это система бактериальной межклеточной коммуникации, позволяющая микробам "общаться" с помощью химических сигналов (аутоиндукторов) и координировать свое поведение в зависимости от плотности популяции.
Затем ячмень снова снижает свою защиту, но остается бдительным. Поскольку эта культура лучше защищается от атак патогенов подобным способом, исследователи хотят использовать это природное свойство ячменя и объединить его со способностью ассоциированных с растениями микроорганизмов стимулировать их активность.
После успешных лабораторных испытаний семена, обработанные бактериями, были протестированы в многолетних полевых исследованиях: селекционеры оценивали степень поражения болезнями, а команда JKI анализировала эффективность процесса «предварительной обработки». Затем данные были проанализированы. Результаты показали, что они могут значительно варьироваться из года в год, поскольку взаимодействие между растением, бактериями и окружающей средой является сложным.
«Даже в лабораторных условиях становится ясно, что успех зависит от взаимодействия трех факторов: сорта растения, патогена и бактерии, которая должна запустить защитную реакцию», - объясняет Маттиас Камбайс из JKI на сайте pflanzenforschung.de. Если эти факторы точно сочетаются, система дает убедительные результаты.
Полевые исследования также показали, что предпосевная обработка не одинаково эффективна для всех сортов ячменя: генотип ячменя существенно определяет, будет ли конкретная бактерия работать или нет. Исследователи выявили генотипы, способные и неспособные к предпосевной обработке, а также геномные регионы, связанные с микробной предпосевной обработкой.
Предварительная обработка особенно интересна в случае таких заболеваний, как пятнистость листьев, вызываемая грибом Ramularia, для которых в настоящее время нет ни устойчивых сортов, ни эффективных фунгицидов. Испытания показывают, что некоторые «подготовленные» сорта ячменя значительно менее восприимчивы к этим заболеваниям. Эти результаты могут помочь селекционерам целенаправленно искать гены, обеспечивающие хорошую способность к предварительной обработке, с целью разработки более устойчивых сортов.
Целенаправленное использование бактерий может в долгосрочной перспективе преобразовать сельское хозяйство. Поскольку взаимодействие между растением, патогеном и бактерией носит высокоспецифичный характер, исследователи могут разработать точные рекомендации, говорит Камбейс. Кроме того, многие бактериальные обработки легко сочетаются с традиционными протравителями семян. В то время как протравитель продолжает обеспечивать базовую защиту, бактерии укрепляют почвенный микробиом и активируют собственные защитные механизмы растения. Таким образом, в долгосрочной перспективе можно сократить использование химических веществ, что сделает сельское хозяйство более устойчивым.
Источник: Аgrarheute.com. Авторы: Андреа Борсат, Анна Клес.