Настройка микробных сообществ породит новый этап развития растениеводства?

Следующая волна инноваций в растениеводстве может прийти не от скрещивания растений или перепрограммирования их генов, а от настройки микробов, которые живут в них, на них и вокруг них. Об этом сообщил Томислав Чернава, микробиолог из Технологического университета Граца в Австрии, 9 мая передает издание Modern Farmer.

«Я думаю, что будущее — это оснащение растений естественными, продуктивными микробиомами и приведение всего сообщества в равновесие», — говорит Чернава.

Растительные микробы были плодородной областью исследований на протяжении десятилетий. Исследователи растений определили микробиомы в почве, которые могут помочь растениям приобретать питательные вещества, такие как азот и связанные с корнями грибы, которые могут помочь растениям общаться друг с другом. Но недавние исследования также заглядывали внутрь семян, чтобы узнать больше о микробах, селящихся в них.

Чернава и его команда описали микробиом семян риса в новой статье, опубликованной в январе в журнале Nature Plants. Однако его команда не просто искала микробиом везде, где могла его найти — она пыталась решить головоломку.

Китайские ученые обнаружили, что некоторые рисовые растения в прибрежной провинции Чжэцзян гибнут из-за заражения бактерией Burkholderia plantarii, в то время как другие обладают иммунитетом. Растения должны были быть идентичными; они были выращены из одного сорта семян и были генетически идентичны.

Читайте также: Основной ресурс России заброшен! Как прожить без химических удобрений? Интервью

При ближайшем рассмотрении Чернава обнаружил, что растения, которые были восприимчивы к инфекции, имели другой микробиом семян. В частности, восприимчивые растения имели меньшее количество бактерий семейства Sphingomonas, которые удерживали патогенные бактерии, производя кислоту, которая останавливала захватчиков от производства трополона, химического вещества, которое задерживало рост рисовых растений.

Иммунитет от инфекции может быть передан восприимчивым растениям путем добавления большего количества Sphingomonas в их микробиом или путем добавления защитной кислоты непосредственно к восприимчивому растению.

Этот последний шаг — то, что воодушевляет некоторых исследователей: передача иммунитета путем изменения микробиома, особенно в дикой природе, была трудной задачей. «Это один из немногих случаев, когда он действительно работает в полевых условиях», — говорит Шэн-Ян Хэ, биолог растений из университета Дьюка, который не принимал участия в исследовании.

Исследователи ранее наблюдали защитный иммунитет от бактерий и выделили ответственные виды. Но когда приходит время использовать бактерии в качестве вмешательства в более сложную систему с дикими бактериями и дикими растениями, это часто не срабатывает, возможно, потому что условия окружающей среды или местные микробные сообщества отличаются.

По словам Мэтта Аглера, исследователя микробиома растений в Йенском университете имени Фридриха Шиллера (Германия), каждый отдельный вид — это всего лишь часть гораздо большего сообщества микробиомов, которое может повлиять на то, как он взаимодействует с растениями.

Понимание того, как микробное сообщество работает вместе, жизненно важно для исследователей и фермеров, надеющихся использовать микробиом, говорит Аглер. В то время как отдельные виды могут иметь определенные эффекты, существует много угроз, с которыми может столкнуться растение, и различные микробы могут помочь растениям в различных сценариях. «Никогда не знаешь, что будет в этот вегетационный период», — добавляет Аглер.

Если исследователи смогут найти способы справиться с этими сложностями, микробиом может стать благодатной почвой для широкого спектра вмешательств, направленных на укрепление продовольственных запасов. Это может оказаться решающим. Несмотря на то, что люди в течение 10 000 лет селективно разводили растения для получения более желательных характеристик, сегодняшние вмешательства в основном происходят в лаборатории с помощью методов генной инженерии, которые сталкиваются с противодействием значительного числа американцев.

В ходе опроса, проведенного исследовательским центром Pew Research Center в 2016 году, 39 процентов респондентов полагали, что ГМО вредят их здоровью больше, чем другие продукты.

По мнению исследователей, корректировка растительных микробиомов может быть гораздо менее спорным подходом. Есть уже некоторые компании, которые используют силу микробов для фермеров, продавая бактерии и грибы в качестве органических пестицидов или семян, покрытых полезными бактериями, чтобы давать питательные вещества.

Но поскольку бактерии Sphingomonas на самом деле живут внутри семян риса, иммунитет, который они обеспечивают, может передаваться из поколения в поколение рисовых растений. Изменение внутренних микробиомов может быть больше похоже на одноразовую профилактическую меру, а не на лекарство, которое будет использоваться постоянно.

Чернава считает, что работа его команды может когда-нибудь стать коммерчески доступной, чтобы помочь защитить посевы риса, и он надеется, что природа сможет продолжать вдохновлять новые инновации в сельском хозяйстве.

«Я думаю, что в будущем мы должны учиться у природы», — считает Чернава.