Ученые определяют, как выглядит микробиом здорового человека, картируя нормальные бактерии, живущие в здоровом теле человека и на нем. Но как насчет здорового растительного микробиома? Есть ли вообще такая вещь, как здоровый микробиом растений на современных сельскохозяйственных полях, где посевы идентичных культур обрабатываются пестицидами и получают изрядные дозы синтетических удобрений?

В новом исследовании, проведенном Университетом Калифорнии в Беркли, ученые использовали экспериментальную эволюцию, чтобы идентифицировать основной микробиом коммерческих томатов. Они выбрали те микробные таксоны, которые лучше всего выжили на растениях, а затем доказали, что эти «одомашненные» микробные сообщества способны эффективно отбиваться от случайных микробов, которые попадают на растения.

Другими словами, эти отобранные сообщества выглядят как стабильный, здоровый микробиом растения, сродни тому, что может дать здоровое растение томата своему потомству.

Результаты являются хорошими новостями для производителей в том смысле, что манипулирование микробиомом растений возможно, например, с использованием микробов-пробиотиков, что приведет к более здоровым полям, нуждающимся в меньшем количестве удобрений и пестицидов для получения хороших урожаев.

«При посадке мы должны думать о том, как то, что мы делаем - будь то возрастное структурирование сельскохозяйственных культур или монокоррекция в сравнении с севооборотами, и то, что находится в почве или поблизости - может повлиять на приобретение здорового микробиома у растений.  Мы должны манипулировать условиями таким образом, чтобы микробная передача была больше похожа на то, что происходило бы естественным образом», - считает Бритт Коскелла, доцент кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли.

Коскелла изучает микробную экологию растений и ее влияние на здоровье растений, так же, как медики изучают роль микробиома в здоровье человека. Сосредоточив внимание на сельскохозяйственных культурах, она сталкивается с теми же проблемами, что и врачи, которые беспокоятся о передаче здорового человеческого микробиома - кожи, кишечника и многого другого - от матери к ребенку.

Например, когда семена впервые высаживаются на поля, поблизости часто не бывает взрослых растений, от которых молодые сеянцы или саженцы могли бы получить микробы листьев и стеблей. В отсутствие материнской передачи, Коскелла задается вопросом, как эти растения приобретают свои микробиомы, и являются ли эти микробиомы идеальными для молодых растений?

И если микробиомы плохо адаптированы - например, не устойчивы к болезнетворным патогенам - можно ли их улучшить?

Эти вопросы становятся все более важными по мере того, как производители и промышленность пытаются улучшить урожайность и устойчивость, окружая семена желаемыми микробами, создавая микробные сообщества почвы или распыляя нужные микроорганизмы на растущие растения.

Новое исследование, опубликованное в PNAS, обнадеживает.

«Мы уже знаем, что теоретически вы можете выбрать микробы, выполняющие определенные функции: например, обеспечить лучшую урожайность, устойчивость к засухе или устойчивость к болезням, - говорит Коскелла. - Мы рассматриваем здесь, в своей работе, что вы можете, в принципе, создать сообщество микробов, выполняющее заданную функцию, потому что оно действительно хорошо адаптировано к данному растению».

Итак, если возможно оптимизировать микробиомы, смогут ли они выживать достаточно долго, чтобы помочь растению-хозяину?

Эксперименты, проводившиеся в теплицах Калифорнийского университета в Беркли, включали в себя сбор пяти видов томатов и опрыскивание четырех последовательных поколений растений микробиомами предыдущего поколения.

Первое поколение было опрыскано широкой смесью микробов, найденных на различных растениях томатов в открытом поле в Калифорнийском университете в Дэвисе.

Выращивание микробного сообщества каждого типа томатов через последовательные поколения позволило отсеять дезадаптированные микробы и позволить хорошо адаптированным процветать.

Секвенируя 16S рибосомные субъединицы микробных сообществ томатов после каждого поколения - метод, позволяющий идентифицировать различные бактериальные таксоны - ученые смогли показать, что к четвертому поколению оставалось только 25% исходных микробных таксонов.

«Таким образом, 75 процентов исходных бактерий практически исчезли во время эксперимента, - сказала Коскелла. - Это действительно интересно само по себе, потому что говорит о том, что многие микробы не очень хорошо приспособлены к изменяющимся условиям окружающей среды. Подул ветер, полил дождь – и они пропали из-за отсутствия адаптации к этой конкретной среде».

Оставшиеся 25% очень напоминали «основной» микробиом: ключевые микробы, необходимые для здорового растения.

Когда ученые опрыскивали растения томата микробной смесью - половина от частично адаптированного микробиома первого поколения, половина от более зрелого микробиома четвертого поколения - микробы четвертого поколения взяли верх, очевидно, потому, что они были намного лучше приспособлены к конкретному томату.

«Я думаю, что эта работа подтверждает идею о том, что листовые бактерии, вероятно, очень разные и некоторые из них имеют совершенно определенные черты, необходимые для хорошего роста на конкретных растениях. Это очень согласуется с тем, что мы обнаружили ранее. Микробы - успешные колонисты процветают на многих растениях и, таким образом, становятся узурпаторами, ограничивая способности к росту для конкурентов. Профилактический эффект определенно очень сильный, реальный и очень важный в удержании других колонистов растений», - сказал соавтор Стивен Линдоу, профессор биологии растений и микробов из Калифорнийского университета в Беркли, который изучал взаимодействия растений и патогенов в течение почти 50 лет.

В настоящее время группа Коскеллы проводит дальнейшие эксперименты, чтобы определить, действительно ли выбранный микробиом улучшает здоровье растений, их устойчивость и продуктивность, и могут ли пробиотические микробы успешно интегрироваться в основной микробиом для достижения долгосрочных преимуществ урожая.

(Источник: phys.org).