Исследователи из Университета Глазго и Христианского колледжа Формана в Пакистане разрабатывают новаторский подход к борьбе с разрушительной болезнью курчавости листьев хлопчатника (CLCuD) посредством трансплантации микробиоты.
На протяжении десятилетий CLCuD уничтожает хлопковые посевы по всему миру, особенно в Юго-Восточной Азии. Пакистан, ведущая страна-производитель высококачественного хлопка, сталкивается с серьезными проблемами из-за биотических стрессов, с которыми сталкивается эта культура.
CLCuV передается белокрылкой (Bemisia tabaci), вызывая значительные потери урожая за счет нарушения ключевых физиологических процессов в растениях. У зараженных растений проявляются такие симптомы, как утолщение жилок, скручивание листьев, задержка роста и серьезная задержка роста, которые в совокупности снижают качество и продуктивность хлопкового волокна.
Постоянные потери урожая и снижение урожайности до 35% поставили текстильную промышленность Пакистана на грань краха. Хотя ежегодные экономические потери в размере 2 млрд долларов США являются серьезным ударом по экономике страны, они также стали критической проблемой для ученых, занимающихся вопросами устойчивого развития.
Традиционные методы, включая химическую обработку и генетические модификации, имели ограниченный успех в борьбе с болезнью. Однако сейчас исследователи изучают инновационную стратегию - пересадку целых микробных сообществ из устойчивых к болезням видов хлопчатника в восприимчивые.
В этом исследовании «Трансплантация микробиоты для подавления курчавости листьев хлопчатника - динамика основного микробиома и транскриптома», опубликованном в журнале Communications Biology, основное внимание уделяется переносу ризосферной (ассоциированной с корнями) и филлосферной (ассоциированной с листьями) микробиоты из Gossypium arboreum - естественно устойчивого вида хлопчатника, но бесполезного для производства качественных тканей, - в Gossypium hirsutum, который очень восприимчив к CLCuD, но очень ценен для производства тканей.
«Трансплантация органов всегда была неотъемлемой частью здоровья человека, и наши мысли часто перескакивают к донорству органов у людей. Но мы подумали: а почему бы не растения? А что, если у растений тоже может быть своя версия трансплантатов? Не органов, а чего-то столь же важного, а именно их микробиома», — говорит Айеша Бадар, первый автор и научный сотрудник исследования.
Предварительные результаты показывают, что трансплантация ризосферной микробиоты значительно снижает заболеваемость, превосходя традиционные методы лечения, такие как применение салициловой кислоты.
Хотя исследователи обнаружили, что межвидовая трансплантация микробиоты способствует повышению устойчивости хлопчатника к вирусным заболеваниям, в их исследовании также говорится: «Ризосфера устойчивого к CLCuD G. arboreum (Rhi.RMF), по-видимому, содержит селективные полезные роды бактерий, которые при трансплантации на восприимчивый вид-хозяин G. hirsutum не только подавляют заболевание, но и ускоряют темпы роста».
Доктор Умер Зишан Иджаз из Школы инженерии Джеймса Уотта Университета Глазго, ведущий эксперт в области биоинформатики, играет ключевую роль в анализе сложных микробных взаимодействий, вовлеченных в этот процесс. «Используя передовые методы секвенирования, мы можем расшифровать микробные сообщества, ответственные за подавление болезней, прокладывая путь для целенаправленных вмешательств на основе микробиома», - говорит исследователь.
Доктор Каузер Абдулла Малик, профессор и декан аспирантуры в вузе Христианский колледж Формана, поясняет: «Из-за появления CLCuD в начале 1990-х годов производство хлопка резко сократилось. Национальный институт биотехнологии и генной инженерии (NIBGE) Пакистана, где я в то время был директором, стал пионером в выделении и характеристике CLCuV. Несмотря на использование РНК-интерференции и других передовых методов, вирусные мутации сделали попытки создания устойчивости безуспешными. После десятилетий борьбы с CLCuV в Пакистане, теперь, используя силу полезных микробов, мы разрабатываем устойчивое биологическое решение для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур. Это исследование знаменует собой переход от традиционного управления болезнями к использованию собственных защитных механизмов природы».
Результаты этого исследования содержат огромный потенциал для устойчивого сельского хозяйства. Уменьшая зависимость от химических пестицидов и способствуя естественной защите растений, трансплантация микробиоты может стать переломным моментом в борьбе с болезнями растений во всем мире.
Исследовательская группа предвидит будущее применение этого метода в различных культурах, расширяя сферу управления болезнями на основе микробиома. Эта работа подчеркивает силу междисциплинарного сотрудничества в решении сельскохозяйственных проблем и подчеркивает вклад Пакистана в передовые научные достижения в области здоровья растений.
Источник и фото: University of Glasgow.
