Новий шлях до врожайності-налаштування мікробіома,- дослідження
Вивчення та регулювання мікробних спільнот може стати новим інструментом для виробництва сільськогосподарських культур. Ймовірно, вже в найближчому майбутньому оснащення рослин природними продуктивними мікробіомами і підтриманням цих спільнот в рівновазі дозволить змінити схеми живлення і захисту сільгоспкультур.
Мікробіологи вважають, що наступна хвиля інновацій у рослинництві буде не в напрямку схрещування рослин або перепрограмування їх генів, а в «налаштуванні» спільноти мікробів, які живуть всередині культур, на них і навколо них.
У рослин теж є мікробіоми, і ці мільярди крихітних захисників можуть допомогти їм рости і боротися з атакуючими їх патогенами. Дослідники намагаються зрозуміти закони існування цих мікробних груп і керувати ними, щоб допомогти рослинам стати більш стійкими до посухи, спеки та інфекцій. У міру поширення хвороб сільськогосподарських культур, стійкі до них рослини зі збагаченими мікробіомами можуть стати життєво важливими для забезпечення стабільного постачання продовольством зростаючого населення.
Такої думки дотримується Томіслав Чернава, мікробіолог з Технологічного університету Граца в Австрії. Він упевнений, що майбутнє рослинництва за оснащенням рослин природними продуктивними мікробіомами і підтримання цих спільнот в рівновазі.
Мікроби, пов'язані з рослинами, були відкриті давно, а окремою областю досліджень стали протягом останніх десятиліть. Вже відомо, що мікробіоми в ґрунті можуть допомогти рослинам засвоювати поживні речовини, такі як азот, наприклад. Увагу дослідників привертали і пов'язані з корінням гриби, які були здатні допомогти рослинам спілкуватися один з одним. А порівняно недавно вчені вирішили заглянути всередину насіння, щоб дізнатися більше про скупчених там мікробіом.
Чернава та група його прихильників описали мікробіом насіння рису в новій статті, опублікованій в січні в журналі Nature Plants.
Інша група вчених з КНР виявила, що біологічний захист деяких рисових рослин в Прибережній провінції Чжецзян перестала працювати через інфекцію, викликаної бактеріями Burkholderia plantarii. У той же час, інші були до них несприйнятливими. Рослини вважалися цілком ідентичними; вони були вирощені з одного сорту або сортів «генетичних близнюків».
До більш детального вивчення цього протиріччя приєдналася група Томіслава Чернави. Виявилося, що рослини, які були сприйнятливі до інфекції, мали інший мікробіом насіння. Зокрема, сприйнятливі рослини мали меншу кількість бактерій під назвою Sphingomonas, що стримувало патогенні бактерії, виробляючи кислоту, яка не дозволила загарбникам виробляти трополон, хімічну речовину, що уповільнює ріст рисових рослин.
Дослідники потім встановили, що імунітет від інфекції можна передати чутливим рослинам шляхом додавання більшої кількості Sphingomonas в їх мікробіом. А саме: рослини можна було захистити і шляхом додавання захисної кислоти безпосередньо до чутливого рослині.
Ця методика дуже порадувала деяких дослідників: передача імунітету шляхом зміни мікробіома, особливо в дикій природі, вважалася дуже важким завданням. Як визнали вчені які брали участь в дослідженнях колег, це-один з небагатьох випадків, коли методики, застосовані для розв'язання проблеми, дійсно працювали в польових умовах. Про це, зокрема, повідомляв Шенян Хе, біолог рослин з університету Дюка, який брав участь у дослідженнях.
Ш. Хе пояснив, що дослідники тривалий час спостерігали прояви імунітету від бактерій і виділяли найбільш важливі джерела захисних реакцій. Але коли прийшов час використовувати бактерії як засіб втручання в більш складну систему з переважанням диких бактерій і дикими рослинами, результат експериментів, найчастіше, був негативним. Вчені зазвичай в таких випадках сходилися в думках про те, що виною всьому були інші умови навколишнього середовища або особливості локальних мікробних спільнот.
Інше розуміння проблеми запропонував Метт Аглер, дослідник мікробіома рослин з Єнського університету Фрідріха Шиллера в Німеччині. Він припустив, що кожен окремий вид бактерій є лише частиною набагато більшого мікробіомного співтовариства, яке все в цілому впливає на його взаємодію з іншими рослинами.
За словами Аглера, розуміння того, як мікробна спільнота працює «в команді», є життєво важливим для дослідників та фермерів, які сподіваються використовувати мікробіом. У його уявленні, хоча окремі види бактерій можуть надавати певний позитивний вплив, існує безліч інших загроз, з якими стикається рослина. І дуже можливо, що в різних випадках допомогу рослинам зможуть надати будь-які інші мікроби.
Якщо дослідники знайдуть способи впоратися з цими складнощами, мікробіом може стати благодатним ґрунтом для широкого спектра втручань в життя рослини, спрямованих на підтримку поставок йому продуктів харчування.
Історично, люди протягом тисяч років різними способами розводили рослини для отримання найбільш бажаних характеристик. Однак, сьогоднішні втручання в життя рослин в основному відбуваються в лабораторних умовах за допомогою методів генної інженерії. За даними Pew Research Center в 2016 році 39 відсотків респондентів вважали, що ГМО продукти гірше для їх здоров'я, ніж інші.
На цьому тлі, запропонована ідея коригування мікробіомів рослин виглядає набагато менш спірним підходом. Можливо, світу надається можливість забути про генну інженерію? Якщо вдасться успішно пересаджувати сприятливе мікробне співтовариство на рослини, які зазвичай не мали такого, - можливо, це виявиться більш природним?
У всякому разі, вже є кілька компаній, які використовують силу мікробів для фермерів, продаючи бактерії і гриби в якості органічних пестицидів або насіння, покритих корисними бактеріями, щоб надавати поживні речовини.
Є ще одна важлива обставина. Оскільки бактерії Sphingomonas насправді живуть всередині насіння рису, імунітет, який вони забезпечують, може передаватися від покоління до покоління рисових рослин. Мабуть, в цьому зв'язку ще належить спростувати або підтвердити припущення про те, що зміна внутрішнього мікробіому може бути більше схожа на разову профілактичну міру, ніж на ліки, які потрібно використовувати постійно.
В даний час група вчених – ініціаторів продовжують роботу, і, за словами її керівника, вони «обов'язково будуть вчитися у природи» на шляху вдосконалення запропонованого ними методу допомоги рослинам.
Також читайте: