Растения сталкиваются с различными биотическими стрессами, при этом особенно разрушительны травоядные насекомые вредители. Вместе с тем у растений есть скрытые союзники в их корневом микробиоме. В новом исследовании ученые проверили, как микробиомы, связанные с корнями, защищают китайскую вигну, или коровий горох, от карантинной мухи - американского клеверного минера, чьи гусеницы поражают множество культур в открытом и закрытом грунте
В связи со стремлением к биологизации АПК растет необходимость в более глубоких исследованиях того, как взаимодействие растений и микробов может повысить устойчивость растений и обеспечить устойчивые альтернативы химическим инсектицидам.
Исследование, проведенное учеными из Чжэцзянского университета и опубликованное в журнале Horticulture Research, показало, как атаки минирующих мух на растения коровьего гороха изменяют микробиоту, связанную с корнями. Используя передовые методы секвенирования, исследование раскрывает значительные сдвиги в структуре и функционировании микробного сообщества в ответ на стресс от травоядных.
Коровий горох (Vigna unguiculata) является высококачественным источником белка бобовых, потребляемым во всем мире из-за его высокого содержания белка, комплементарного аминокислотного профиля и относительно низкого содержания жира по сравнению со злаковыми зернами, но заражение американским клеверным минером (Liriomyza trifolii – относится к карантинным вредителям) может серьезно ограничить урожайность и производство.
Взрослые особи L. trifolii прокалывают поверхность листа и откладывают яйца под эпидермисом, затем личинки прогрызают ходы-мины и питаются внутри листа, что снижает способность растения к фотосинтезу и, в конечном итоге, его урожайность.
Применение химических инсектицидов является наиболее широко используемым методом борьбы с листовым минером, но неправильное использование инсектицидов может привести к развитию резистентности у листового минера, загрязнению продовольственных культур и повышенному риску для здоровья населения.
Таким образом, существует настоятельная и актуальная необходимость в выявлении альтернатив химическим инсектицидам. Сообщалось, что подземные микробы могут вызывать устойчивость растений к надземным насекомым, которая состоит из прямой защиты, такой как выработка токсинов, и косвенной защиты, такой как выделение летучих веществ растениями, которые привлекают естественных врагов травоядных вредителей или отпугивают их.
Это указывает на то, что связанные с корнями микробы служат потенциальной линией защиты и их следует включать в стратегии управления сельским хозяйством. Понимание того, как связанный с корнями микробиом реагирует на заражение листовыми минерами, дает ценную информацию для разработки более эффективных стратегий контроля.
Команда из Чжэцзянского университета изучила потенциальный «крик о помощи» в системе коровий горох–минер с использованием ампликона 16S и метагеномного секвенирования микробиомов, связанных с корнями, зараженных и незараженных растений в сочетании с экспериментальными и молекулярными анализами. После заражения минером растения коровьего гороха показали значительное обогащение азотфиксирующих бактерий, в частности видов Bradyrhizobium, в своей ризосфере.
Этот сдвиг в структуре и функционировании микробного сообщества был обнаружен с помощью передовых методов секвенирования. Обогащенные микробы были связаны с улучшенной производительностью растений и повышенным уровнем ингибиторов протеазы, которые имеют решающее значение для снижения приспособленности минеров.
«Результаты показали, что заражение листовыми минерами вызвало очевидный сдвиг в микробиоме ризосферы, который характеризовался значительными изменениями в структуре и составе микробиомного сообщества, выбором микробов-концентраторов, участвующих в метаболизме азота (N), и функциональным обогащением, связанным с метаболизмом N. В частности, виды азотфиксирующих бактерий Bradyrhizobium активно обогащались и отбирались в качестве концентраторов в ризосфере. Инокуляция Bradyrhizobium повысила производительность коровьего гороха в условиях стресса от листовых минеров и увеличила уровни ингибиторов протеазы, что снизило приспособленность листовых минеров», поясняют авторы работы.
Результаты показывают, что растения могут активно привлекать полезные микробы для усиления своей защиты от надземных травоядных насекомых. Эти знания о взаимодействии растений и микробов создают многообещающую основу для разработки устойчивых методов ведения сельского хозяйства, которые используют естественные стратегии защиты, снижая потребность во вредных химических инсектицидах.
Источник: Zhejiang University.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.