Изменение климата наносит серьезный удар по мировому растениеводства, и одной из жертв температурного стресса становятся термочувствительные культуры, в частности томаты. При аномальной жаре в тканях растений резко активизируется выработка активных форм кислорода (АФК). В избыточном количестве эти соединения запускают разрушительный процесс окисления, повреждая клеточные структуры и тормозя ключевые физиологические процессы. Однако международная команда ученых из Чили и Аргентины нашла биологическое решение. Они выяснили, что интеграция в томаты особых микроскопических союзников — пустынных эндофитных грибов — позволяет запустить сильную антиоксидантную защиту.
Эндофиты представляют собой уникальный класс микроорганизмов, которые колонизируют внутренние ткани растений, не вызывая видимых симптомов заболеваний и не угнетая хозяина.
Южноамериканские исследователи предположили, что грибы, эволюционировавшие в экстремальных условиях засушливых пустынь, могут передавать свою экологическую пластичность культурным видам.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые инокулировали растения томата (Solanum lycopersicum L.) двумя видами эндофитов: Talaromyces minioluteus и Serendipita indica. В ходе эксперимента опытные и контрольные группы выращивали в двух температурных режимах — оптимальном (22/19 °C) и стрессовом (35/19 °C).
Штамм Talaromyces minioluteus был выделен из урожая киноа в пустыне Атакама, Чили, а штамм Serendipita indica получен из пустынных растений (пустыня Тар в Индии).
Как и ожидали исследователи, чистый тепловой стресс без микробиологической поддержки привел к резкому снижению биомассы и тяжелым окислительным повреждениям растительных тканей.
Растения, получившие симбиотическую поддержку, продемонстрировали высокую адаптивность. Эндофиты смогли эффективно демпфировать негативное влияние жары, что выразилось в более высоких показателях биомассы побегов и корней по сравнению с контрольными образцами.
Ключ к разгадке этой устойчивости ученые обнаружили при анализе биохимических маркеров стресса.
В инокулированных томатах зафиксировали значительно более низкие уровни перекиси водорода и малонового диальдегида, который является главным индикатором разрушения клеточных мембран. Пустынные грибы запустили скоординированный ответ, активировав как ферментативные, так и неферментативные антиоксидантные системы томата. Под влиянием эндофитов в клетках резко возросла активность важнейших ферментов-мусорщиков — супероксиддисмутазы, каталазы и аскорбатпероксидазы, а также увеличилось накопление защитных фенольных соединений и флавоноидов.
Особый интерес для исследователей представил тот факт, что глубина и вектор биохимических изменений напрямую зависели от видовой принадлежности гриба. Несмотря на общую положительную динамику, Talaromyces minioluteus и Serendipita indica использовали разные регуляторные пути для модуляции гомеостаза активных форм кислорода. Это доказывает, что механизмы индуцированной устойчивости строго специфичны для каждого конкретного штамма.
Результаты работы южноамериканских ученых открывают новые горизонты для экологизации сельского хозяйства с использованием естественного потенциала пустынных микробиомов. Внедрение таких эндофитных систем в агропрактику позволит поддерживать высокую урожайность томатов и других уязвимых овощных культур даже в регионах с рискованным и засушливым климатом.