Nature: Ученые впервые создали микробиом растений для защиты культур от болезней

Ученые впервые изменили микробиом растений, увеличив количество хороших бактерий, которые защищают растения от болезней. Прорыв может значительно сократить использование пестицидов и открыть другие возможности для укрепления здоровья растений.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications исследователями из Саутгемптонского университета, Китая и Австрии, могут существенно снизить потребность в пестицидах, разрушающих окружающую среду.

Общественность все больше осознает значение нашего микробиома — огромного количества микроорганизмов, живущих в нашем теле и вокруг него, в первую очередь в кишечнике. Микробиом кишечника влияет на обмен веществ, вероятность заболевания, иммунную систему и даже настроение.

Растения тоже являются местом обитания огромного количества бактерий, грибов, вирусов и других микроорганизмов, которые живут в их корнях, стеблях и листьях. В течение последнего десятилетия ученые интенсивно изучают микробиомы растений, чтобы понять, как они влияют на здоровье растений и их уязвимость к болезням.

Впервые нам удалось целенаправленно изменить состав микробиома растения, увеличив количество полезных бактерий, которые могут защитить растение от других, вредных бактерий, — говорит доктор Томислав Чернава, соавтор статьи и доцент кафедры взаимодействия растений и микробов Саутгемптонского университета.

Этот прорыв может снизить зависимость от пестицидов, которые наносят вред окружающей среде. Мы добились этого на рисовых культурах, но созданная нами система может быть применена и к другим растениям и откроет другие возможности для улучшения их микробиома. Например, микробы, увеличивающие поступление питательных веществ в растения, могут снизить потребность в синтетических удобрениях.

Международная исследовательская группа обнаружила, что один конкретный ген, обнаруженный в кластере биосинтеза лигнина в растении риса, участвует в формировании его микробиома. Лигнин — это сложный полимер, содержащийся в клеточных стенках растений: биомасса некоторых видов растений состоит из лигнина более чем на 30 процентов.

Сначала исследователи заметили, что при деактивации этого гена уменьшалась популяция некоторых полезных бактерий, что подтверждает его важность для формирования микробиома.

Затем исследователи проделали обратную работу: сверхэкспрессировали ген, чтобы он производил больше одного конкретного типа метаболитов — небольших молекул, вырабатываемых растением-хозяином в ходе метаболических процессов. Это увеличило долю полезных бактерий в микробиоме растения.

Когда сконструированные растения подверглись воздействию Xanthomonas oryzae — патогена, вызывающего бактериальное поражение посевов риса, они оказались значительно более устойчивыми к нему, чем рис дикого типа.

Бактериальное заболевание распространено в Азии и может привести к значительной потере урожая риса. Для борьбы с ним обычно используются пестициды, загрязняющие окружающую среду, поэтому создание культуры с защитным микробиомом может способствовать укреплению продовольственной безопасности и защите окружающей среды.

Сейчас команда исследователей изучает, как они могут повлиять на присутствие других полезных микробов, чтобы раскрыть различные преимущества для здоровья растений.

04.01.2024