Выясняя, от чего зависит эффективность бактериальных пробиотиков для растений, ученые нашли отличного кандидата для рапса и других культур. Инокуляция на уровне изолята, полногеномное секвенирование, профилирование метаболитов и конфокальная микроскопия показали, что доминирующий, генетически регулируемый род бактерий Sphingopyxis модулирует биосинтез ауксина и способствует развитию боковых корней для повышения усвоения азота в условиях стресса.
Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) выявили новый род бактерий, способствующих росту корней и усвоению азота растениями. Это открывает новые возможности для разработки персонализированных «растительных пробиотиков», которые могут способствовать более ресурсоэффективному сельскому хозяйству за счет снижения потребности в азотных удобрениях.
Растения растут в сложной сети микроорганизмов. Они могут активно изменять окружающую их микробиоту, а микроорганизмы, в свою очередь, влияют на рост растения. «Это взаимодействие можно использовать, применяя специфические полезные микроорганизмы — пробиотики для растений», — говорит Пэн Ю, профессор генетики растений в Техническом университете Мюнхена.
Для изучения полезных симбиотических отношений между микроорганизмами и растениями исследовательская группа изучила взаимодействие растений и микробов на генетическом, метаболическом и физиологическом уровнях. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Plants .
45% поглощения азота зависит от генетики хозяина и микроба
Анализ показал, что 203 последовательности бактериальных генов сильно зависят от растения-хозяина, например, через продукты его метаболизма. Это подчеркивает, что растения активно регулируют состав и функции окружающей их микробиоты в соответствии со своими текущими потребностями. Кроме того, 45% естественной изменчивости в поглощении азота можно объяснить сочетанием генетики растения-хозяина и микробов.
Был выявлен один конкретный род бактерий, поддерживающий функции и рост растений: Sphingopyxis. Первые эксперименты с рапсом показывают, что применение этих бактерий может улучшить развитие корней даже в почвах с дефицитом азота, тем самым улучшая усвоение азота.
Результаты исследований показывают, что использование азотных удобрений потенциально может быть сокращено без ущерба для роста растений и урожайности. Таким образом, применение к культурам рода Sphingopyxis может помочь снизить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду за счет уменьшения избытка азота в почве.
«Наша цель — разработать пробиотическую смесь из нескольких микроорганизмов, которая объединит в себе ряд преимуществ для растений», — говорит Пэн Ю. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на выявлении других микробов, которые не только усваивают азот, но и улучшают его использование.
Еще одно важное замечание. Полученные результаты позволили понять полезные взаимодействия между почвенным микробиомом и корневой системой растений, предлагая путь для разработки сортов сельскохозяйственных культур с оптимизированными корневыми фенотипами.
Такие сорта будут разработаны для привлечения и активации микробиомов, которые обеспечивают ряд преимуществ, включая повышение урожайности, более эффективное усвоение питательных веществ и повышение устойчивости агроэкосистемы.
Используя выявленные в этом исследовании генетические основы, механизмы регуляции генов и взаимодействия микробиома, можно улучшить здоровье сельскохозяйственных культур и повысить устойчивость сельскохозяйственных систем, что в конечном итоге будет способствовать внедрению более эффективных и экологически чистых методов ведения сельского хозяйства.
Источник: Technical University Munich. Автор заглавного фото: Пэн Ю / TUM.