«Засуха может стать более частой проблемой из-за изменения погодных условий. На юго-востоке США ежегодно выпадает достаточно осадков для выращивания сои, но они не всегда выпадают в подходящее время года. Фермерам нужны стратегии для решения этой проблемы», — говорит Юйчэн Фэн, профессор почвенной микробиологии в Обернском унивеситете. Она отмечает, что выведение засухоустойчивых сортов — медленный процесс, требующий многих лет. Орошение обходится дорого, а вода — ограниченный ресурс.
Исследователь выявила почвенные бактерии, которые могут способствовать повышению засухоустойчивости соевых бобов. Благодаря инвестициям в программу Soy Checkoff от Alabama Soybean Producers, Юйчэн Фэн, руководит исследованиями по изучению их потенциала, сотрудничая с Альваро Санс-Саезом, доцентом кафедры физиологии растений в Обернском университете, а также И Ваном, доцентом кафедры биологической и сельскохозяйственной инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе.
«Наша цель — разработать инокулянт на основе бактерий, который поможет сое переносить засуху. Он подойдёт для всех сортов. Разработка будет быстрее, чем селекция растений, а его использование будет дешевле орошения», — объясняет она.
В засушливых условиях соя вырабатывает больше этилена, гормона, также известного как гормон созревания плодов. Он ускоряет развитие сои и приближает её к концу жизненного цикла. Избыток этилена приводит к побурению листьев, отмиранию цветков, сморщиванию стручков и другим симптомам, связанным с засухой.
Юйчэн Фэн объясняет, что одним из химических веществ, используемых соевыми бобами для производства этилена, является 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат (АЦК). Ризобии, почвенные бактерии, необходимые сое для фиксации азота, также используют АЦК: «Почвенные микробы, такие как ризобии, используют фермент АЦК-дезаминазу для расщепления АЦК в качестве источника углерода. Разные штаммы ризобий имеют разный уровень активности АЦК-дезаминазы, поэтому они различаются по количеству АЦК, которое они могут метаболизировать».
Фермеры уже сейчас могут выращивать сою, инокулированную штаммами ризобий, чтобы стимулировать развитие корневых клубеньков, фиксирующих азот. Ученые предполагают, что выбор ризобий с высокой активностью АЦК-дезаминазы может снизить доступность АЦК, предотвращая или ограничивая выработку соей избыточного этилена даже в условиях засухи. Это может привести к повышению засухоустойчивости.
«Мы могли бы создать инокулянты с ризобиями, которые снижают доступность АЦК и способствуют азотфиксации. Это могло бы стимулировать соевые бобы продолжать развиваться в условиях стресса, а не останавливаться», — говорит Юйчэн Фэн.
Команда Фэн, включая одну из её аспиранток, Касун Тилину Ваннинаяку, начала поиск ризобий для подтверждения этой гипотезы, проведя лабораторный скрининг. Они выделили ризобии из корневых клубеньков соевых бобов, растущих на трёх разных полях. Каждый корневой клубень содержит несколько видов ризобий. Получив 49 изолятов ризобий, ученые проверили каждый из них на активность АЦК-дезаминазы. Затем они отобрали шесть штаммов с очень высокой или очень низкой активностью АЦК-дезаминазы для инокуляции соевых бобов, растущих в стерильном песке в вегетационных камерах, чтобы проверить, будут ли эти штаммы снова образовывать клубеньки. Тестовые штаммы сначала применяли для обработки семян, а затем, через неделю, – для обработки корней молодых растений.
«Мы наблюдали за образованием клубеньков на сое и сравнивали рост побегов и корней. Мы увидели различия в том, как эти ризобии влияли на массу клубеньков», — говорит Ваннинаяка.
Ученые также смоделировали прогрессирующую потерю воды в горшках, чтобы имитировать стресс засухи в теплице. В течение двух недель потерю воды из почвы контролировали на уровне 5% от её влагоёмкости в день. Затем ещё две недели уровень воды в горшках поддерживался на уровне 30% от влагоёмкости, пока эксперимент не был завершён.
«Штаммами ризобий с более высокой активностью АЦК-дезаминазы в условиях засухи наблюдалось увеличение биомассы корней, более высокое соотношение корней и побегов, а также большее накопление осмопротектора, соединения для управления стрессом, — пролина», — сообщает Ваннинаяка.
Эти результаты открывают перспективы для разработки инокулянтов, повышающих устойчивость к засухе. Фэн планирует повторить испытания в теплице для подтверждения результатов. Затем её команда проведёт полевые испытания с этими штаммами ризобий в качестве инокулянтов.
«Инокулянты — это практичный способ поддержать здоровье растений, в том числе устойчивость к стрессу. Но по мере их разработки мы понимаем, что изучение почвенных микробов — сложная задача. У них огромный потенциал, но мы пока многого не знаем», заключила Фэн.
Источник: SRIN. Автор: Лора Темпл.
