Консорциум бактерий против корневой гнили пшеницы разработали ученые

О перспективном направлении биозащиты пшеницы от корневой гнили рассказывают групп ученых из Чили и Южной Африки в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2021 на портале MDPI.

«За последнее десятилетие посевные площади под пшеницей – важнейшей продовольственной культурой -  увеличились втрое, и сейчас пшеница занимает более 218 миллионов га.

Однако все разновидности пшеницы уязвимы для почвенных патогенов, среди которых корневая гниль, вызываемая аскомицетным почвенным патогеном Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt), может уничтожить до 50% урожая.

Текущие меры контроля неэффективны, потому что Ggt способен оставаться сапрофитом в почвах в течение длительного времени.

Традиционно контроль Ggt зависел от использования почвенных фумигантов, таких как бромистый метил и хлорпикрин. Новые фунгициды, такие как тиосемикарбазид 4-хлорциннамальдегида (PMDD), который является ингибитором лакказы, также были предложены для зернопроизводителей.

Тем не менее, интенсивное использование химических обработок вызывает устойчивость у патогенов и порицается экологически настроенной общественностью.

С другой стороны, севооборот с невосприимчивыми культурами не подходит для систем интенсивного производства при наличии Ggt: выпадает ячмень, рожь и тритикале, также подверженные влиянию патогена.

Борьба с распространением Ggt - серьезная глобальная сельскохозяйственная проблема, которая еще далека от полного решения. Крайне важно разработать экономически эффективные методы борьбы с этим хроническим заболеванием.

Как известно, растения разработали стратегии защиты от патогенов за счет привлечения полезных микроорганизмов из окружающей почвы и их последующей стимуляции и поддержке.

Многие ассоциированные с растениями микроорганизмы защищают свое растение-хозяин либо напрямую, подавляя рост патогенов, либо косвенно, вызывая механизмы, которые придают устойчивость к патогенам или смешанный антагонизм (антибиотики, литические ферменты и т.д.).

Эти взаимно совместимые механизмы доказали эффективность в многочисленных исследованиях против патогенных бактерий, грибов, вирусов, насекомых и вредителей, когда микроорганизмы действовали одновременно или синергетически.

В случае антибиотиков потенциал штаммов, продуцирующих феназин для биоконтроля грибных патогенов, показал аналогичную или даже более высокую противогрибную активность по сравнению с коммерческими фунгицидами.

Что такое подавляющие почвы

Открытие, так называемых, «подавляющих почв» определяет новый этап в биозащите пшеницы.

«Подавление» определяется как способность естественной почвы уменьшать (подавлять) активность патогенов растений как следствие работы почвенных микроорганизмов.

Общее подавление основано на общем антагонистическом эффекте, оказываемом всей микробной биомассой почвы против широкого спектра почвенных патогенов, и антагонистические эффекты проявляются в основной массе почвы, будучи особенно эффективными против патогенов с сапротрофной фазой (например, фунгистаз) или под влиянием химического состава почвы.

Специфическое подавление ограничено конкретным патогеном и опосредуется одним или несколькими конкретными микроорганизмами, которые могут быть перенесены на не подавляющую почву.

Это может происходить в ризосфере почвы и находится под влиянием растения-хозяина (явление, известное как ризобиом).

Специфическое подавление может быть вызвано практикой монокультуры путем выращивания восприимчивых культур (хозяина) в сосуществовании с инфекционным патогеном.

Например, наша группа проверила наличие Ggt-подавляющих почв в 16 местах, управляемых мелкими фермерами, использующими монокультуру более 10 лет.

Было подтверждено, что шесть из этих почв являются супрессивными, так как они снижали заболеваемость пшеницы корневой гнилью. Подавляющая способность была потеряна после стерилизации почвы и восстановлена ​​путем добавления 1% естественной почвы, что подтверждает тесную связь связана с составом сообщества почвенного микробиома.

Хотя в общих чертах о подавляющих почвах известно более 100 лет, эффективных методов использования этой важной ниши не разработано.

Следовательно, изучение и понимание микроорганизмов и связанных с ними механизмов, участвующих в процессе подавления, имеют привлекательный биотехнологический потенциал для защиты пшеницы.

В этом сценарии мы предложили оценить одиночный и комбинированный (как консорциум) эффект трех бактериальных штаммов: Serratia sp., Bacillus sp. и Acinetobacter. sp., выделенные из почв-супрессоров против распространения Ggt в растениях пшеницы как в тепличных, так и в полевых условиях.

Наши результаты показали, что растения, инокулированные консорциумом бактерий как в тепличных, так и в полевых условиях, были более эффективными в биоконтроле Ggt, чем отдельные штаммы.

Об уменьшении заболеваемости свидетельствует более высокая продукция биомассы, меньшее количество копий генома Ggt с сопутствующим сокращением почернения корней, снижением перекисного окисления липидов и повышением активности супероксиддисмутазы.

Способность микробного консорциума по сравнению с отдельными штаммами связана с межвидовой коммуникацией как стратегией биоконтроля; т.е. более высокая активность хитиназы.

Вывод: бактериальные консорциумы из подавляющих почв заслуживают внимания для биоконтроля Ggt, а также являются моделью для других патогенов, переносимых через почву».

По статье группы авторов (Изабель Мендес, Ана Фаллард, Изабель Сото, Гонсало Тортелла, Мария де ла Лус Мора, Алекс Дж. Валентайн, Патрисио Хавьер Барра, Паола Дуран), опубликованной на портале www.mdpi.com).