Бактерии, уже ассоциированные с соей, могут стать средством биологического контроля основных заболеваний культуры.
Соя, как и все растения, нуждается в помощи для преодоления трудностей в процессе роста.
«Растения привлекают почвенные бактерии в качестве помощников. Эти бактерии в большом количестве заселяют ризосферу, зону почвы непосредственно вокруг корней растений. Исследования бактерий, окружающих корни сои, направлены на выявление микроорганизмов, которые помогают растениям противостоять инфекциям», — объясняет Асела Виджератне , доцент кафедры биоинформатики в Университете штата Арканзас.
Текущие исследования Виджератне направлены на поиск микробных решений для борьбы с синдромом внезапной смерти сои (sudden death syndrome, SDS), вызываемым почвенным патогеном Fusarium virguliforme. Благодаря инвестициям от Совета по соевым бобам Среднего Юга (Mid-South Soybean Board) он изучает бактерии, эффективные против синдрома, но с использованием нового подхода.
«Предыдущие исследования показывают, что отдельные микробные изоляты плохо работают в полевых условиях, — говорит он. — Их вытесняют другие микробы в почве. Более поздние исследования указывают на то, что консорциум — или сообщество — бактерий имеет больше шансов на выживание».
Он сотрудничает со Скоттом Манганом, доцентом кафедры экологии в Университете штата Арканзас. Их цель — разработать комбинацию существующих бактерий, которая могла бы стать средством для обработки семян в целях борьбы с синдромом внезапной смерти сои.
Генетика сои и тип почвы — два фактора, влияющих на то, какие микроорганизмы растение привлекает к своим корням. Виджератне и его команда собрали образцы ризосферной почвы с четырех разных сортов сои с различной устойчивостью к SDS, выращенных в почве из Арканзаса и почве из Айовы. Из этой почвы они извлекли и выделили 450 бактерий.
«Мы изучили всю популяцию микробов, потому что в разных почвах обитают разные бактерии. В целом, мы обнаружили значительное совпадение видов, которые, вероятно, могут помочь в борьбе с синдромом внезапной смерти, что указывает на потенциальную возможность найти решения, работающие во многих регионах», — говорит Виджератне.
С помощью секвенирования ДНК его команда выявила около 100 изолятов бактерий, которые с большей вероятностью способны противостоять SDS. Они полностью секвенировали эти бактерии, отобрав около трети из них для проверки на способность подавлять F. virguliforme.
«В лабораторных чашках Петри 11 из 33 протестированных нами изолятов подавляли патоген, вызывающий синдром. Используя генетические технологии и существующие исследования, мы каталогизировали их полезные свойства», — сообщает Виджератне.
Опираясь на эту основу, команда Виджератне разработала модель машинного обучения для прогнозирования комбинаций бактерий, в том числе тех, которые обладают активностью против SDS, и которые, скорее всего, будут хорошо взаимодействовать друг с другом для поддержки сои.
При создании комбинаций ученые стремятся избежать антагонизма между конкурирующими бактериями и включить в состав те, которые, как известно, вырабатывают противогрибные соединения. Они также учитывают требования к культивированию и хранению бактерий.
«Изначально мы создали три синтетических сообщества из пяти видов бактерий, которые прошли тестирование в лаборатории, — говорит Виджератне. — Пока что хорошо работают два из них».
Пока команда продолжает тестировать выделенные бактериальные изоляты и разрабатывать новые комбинации, они продвигаются вперед с двумя многообещающими методами лечения. Они работают над тем, чтобы превратить эти синтетические сообщества в средства для обработки семян.
«Нам необходимо сформировать бактериальные сообщества, способные выживать и взаимодействовать с семенами сои. У каждого вида немного разные требования, что усложняет создание обработки семян», — объясняет он.
На следующем этапе Виджератне планирует провести тепличные испытания, используя местную почву, чтобы посмотреть, как синтетические сообщества взаимодействуют с существующими микробами. В конечном итоге, обработка перейдет к полевым испытаниям.
«Борьба с SDS непредсказуема. Использование существующих бактерий в сообществах может защитить от этого дорогостоящего заболевания, а также принести другие преимущества в производстве сои», — говорит Виджератне.
Источник: SRIN. Автор: Лаура Темпл.
На заглавном фото: растения сои, демонстрирующие симптомы синдрома внезапной гибели. Автор фото: Леонор Леандро, Университет штата Айова.