Крошечные организмы, живущие в почве, могут оказывать большее влияние на урожайность и устойчивость сельскохозяйственных культур к вредителям и болезням, выращенных в этой почве, чем это было известно ранее.
Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Канзасского университета показали, что почвенные микробы - микроскопические организмы, такие как вирусы, бактерии и грибы, встречающиеся повсюду в природе - играют роль в явлении гетерозиса или «гибридной силы», превосходящей превосходство скрещенных линий растений или гибридов над инбредными линиями растений. Гибриды часто используются фермерами для сельскохозяйственного производства из-за их высокой урожайности.
Исследования гибридной силы обычно выдвигают на первый план роль генетических и абиотических факторов окружающей среды, стоящих за этим явлением. Поэтому обнаружение того, что биотическая почвенная среда влияет на гетерозис, было немного неожиданным и случайным, говорят исследователи.
«Эта работа приближает нас к лучшему пониманию того, что движет гетерозисом», - сказал Мануэль Кляйнер, доцент кафедры биологии растений и микробов в штате Северная Каролина и соавтор статьи, описывающей исследование. «Микробы играют решающую роль в воздействии на растения кукурузы - это касается не только температуры и типа почвы».
Исследователи экспериментировали с двумя типами инбредных растений кукурузы и гибридом этих двух линий в лабораторных и полевых испытаниях в Северной Каролине и Канзасе.
Исследователи начали с выращивания гибридных и инбредных растений кукурузы в стерильных мешках; оба типа растений имели внутри мешков корни и побеги одинакового размера. Но когда исследователи добавили в мешки контролируемый набор микробов, которые, как известно, связаны с корнями кукурузы в природе, гибридные линии выросли больше, чем инбредные линии - их корни и побеги весили больше, - демонстрируя ожидаемые эффекты гетерозиса.
«Похоже, это результат негативного микробного воздействия на инбредные линии, а не положительного эффекта на гибриды», - сказал Кляйнер.
Сходная усиливающая гетерозис активность микробов наблюдалась в ходе полевых испытаний в Северной Каролине, в которых гибридные и инбредные линии выращивались на необработанных участках, участках, обработанных противомикробным химикатом, и на участках, обработанных как противомикробным химикатом, так и метод «приготовления» почвы путем подачи в нее ультрагорячего пара.
Удивительно, но когда аналогичный эксперимент был проведен в Канзасе, наблюдался противоположный эффект - обработки, уменьшающие микробные популяции в почве, вызывали усиление гетерозиса.
«Теперь мы можем сказать, что микробы будут влиять на гетерозис, но мы не можем предсказать направление этих эффектов», - сказал Кляйнер.
"Мы знаем, что микробы по-разному воздействуют на инбреды и гибриды кукурузы, но последствия могут зависеть от окружающей среды или конкретных микробов в почве", - сказал Питер Балинт-Курти, профессор патологии растений Министерства сельского хозяйства США. в штате Северная Каролина и соавтор статьи.
Исследователи планируют продолжить работу по изучению влияния микробов на гетерозис кукурузы.
Документ опубликован в Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследование было поддержано Национальным научным фондом в рамках наград IOS-2033621 и OIA-1656006. Мэгги Вагнер, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Канзасского университета и бывший научный сотрудник в штате Северная Каролина, является ведущим и соавтором статьи.