Почвенный патоген Ralstonia solanacearum представляет собой глобальную угрозу для производства пасленовых культур во всем мире. Он может заражать более 100 видов сельскохозяйственных культур, что приводит к значительным потерям урожая. Хотя это заболевание трудно контролировать обычными средствами защиты растений, растет понимание того, что корневой микробиом играет важную роль в защите растений от инфекции.
Корни растений покрыты многовидовой биопленкой, которая может напрямую подавлять патогены, вытеснять их или стимулировать иммунный ответ растений.
Однако, несмотря на множество корневых бактериальных штаммов, демонстрирующих подавление почвенных патогенов растений в лабораторных условиях, разработка практических приложений с высокой эффективностью в полевых условиях остается сложной задачей. Это ограничение в значительной степени обусловлено отсутствием учета механизмов, управляющих контролем патогенов в естественных полевых сообществах, охватывающих тысячи видов. Таким образом, понимание механизмов, лежащих в основе защиты растений, имеет решающее значение для разработки устойчивых стратегий борьбы с болезнями.
Совместная группа из Нанкинского сельскохозяйственного университета в партнерстве с международными исследователями опубликовала новое исследование в журнале Horticulture Research, в котором показано, что консорциумы Pseudomonas, использующие конкуренцию, опосредованную сидерофорами, подавляют Ralstonia solanacearum более эффективно, чем другие механизмы.
Данная работа является пионером новой стратегии использования микробных взаимодействий для защиты сельскохозяйственных культур от бактериального увядания.
Среди всех питательных веществ железо занимает особое положение, выступая в качестве жизненно важного компонента для микроорганизмов в качестве кофактора ферментов в различных метаболических процессах.
Несмотря на то, что железо очень распространено в земной коре, оно является ограничивающим фактором для роста микробов из-за его чрезвычайно низкой биодоступности. В ризосфере концентрации Fe (III) обычно еще ниже, поскольку аэробные организмы (растения и микроорганизмы) активно конкурируют за железо.
В ответ на дефицит железа многие микроорганизмы синтезируют и секретируют сидерофоры, которые представляют собой низкомолекулярные, высокоаффинные хелаторы Fe(III), для мобилизации железа из железосодержащих минералов или органических комплексов
Исследователи изучили штаммы Pseudomonas, известные своей разнообразной продукцией сидерофоров, и выявили, как эти молекулы нарушают доступ патогена к железу. В ходе экспериментов в условиях ограниченного и богатого железом состояния они продемонстрировали, что сидерофоры значительно усиливают ингибирование патогена.
«Использование сидерофоров для того, чтобы сделать железо недоступным для патогенов, предлагает мощный механизм для контроля заболеваний, передающихся через почву. Например, некоторые виды Pseudomonas продемонстрировали способность подавлять патогенные бактерии посредством секреции сидерофоров, эффективно прекращая подачу железа патогенам. Pseudomonas aeruginosa FP6, штамм биологического контроля, подавляющий грибной патоген Rhizoctonia solani, утратил почти всю свою ингибирующую активность против R. solani после добавления FeCl3 , что подчеркивает роль конкуренции за железо как основного механизма контроля патогенов», - подчеркивают авторы работы.
Тепличный эксперимент подтвердил эти результаты, показав снижение заболеваемости растений томата, инокулированных консорциумами, продуцирующими сидерофоры.
Интересно, что исследование показало, что, хотя сидерофоры были очень эффективны, другие антимикробные метаболиты имели ограниченное воздействие в среде с дефицитом железа. Исследователи пришли к выводу, что конкуренция за железо стимулирует динамику микробного сообщества и имеет решающее значение в подавлении заболеваний.
Доктор Тяньцзе Ян, старший научный сотрудник в Нанкинском сельскохозяйственном университете, подчеркнул: «Наши результаты подчеркивают важность микробных взаимодействий, опосредованных железом. Разрабатывая микробные консорциумы, оптимизированные для конкуренции по железу, мы можем устойчиво контролировать заболевания, передающиеся через почву. Это произведет революцию в защите растений, снизив зависимость от синтетических химикатов».
В заключение, исследование прокладывает путь сельскохозяйственным инновациям на основе микробиома. Использование консорциумов, производящих сидерофоры, предлагает естественный, экологически чистый подход к борьбе с болезнями растений. Поскольку дефицит железа часто встречается в почве, применение данной стратегии может принести пользу мировому производству сельскохозяйственных культур, повышая продовольственную безопасность и одновременно смягчая воздействие на окружающую среду.
Источник: TransSpread.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
