Прекрасные вещи могут происходить, когда растения окружают себя правильными микробами. Исследование Acmispon strigosus, растения семейства гороховых, показало 13-кратное увеличение роста растений, которые сотрудничали с высокоэффективным штаммом азотфиксирующих бактерий Bradyrhizobium..
Способность растений использовать полезные микробы для ускорения своего роста не ускользнула от внимания агрономов. Некоторые селекционеры считают, что понимание особенностей, которые позволяют сельскохозяйственным культурам привлекать высокоэффективных микробов, является ключом к будущему устойчивого сельского хозяйства.
Препятствием на пути извлечения выгоды из полезной работы микробов являются сложные генетические и экологические факторы, которые определяют их роль в росте растений. Оставленные без присмотра, растения не всегда набирают полезные микробы, вместо этого окружая себя смесью как полезных, так и неэффективных бактерий. Попытки управлять микробными популяциями, с которыми растения сталкиваются в почве, путем инокуляции полезных штаммов, по большей части не увенчались успехом.
«Очень сложно предсказать, какие комбинации микробов будут успешными в полевых условиях, поскольку микробы, полезные для растений в лаборатории, не всегда успешно конкурируют с микробами, которые уже существуют в полевых условиях», - сказал Джоэл Сакс, профессор эволюционной экологии Калифорнийского университета в Риверсайде и член университетского Института интегративной биологии генома. «Многообещающей альтернативой является выведение растений, которые лучше справляются со своими собственными микробными партнерами, и это достижение будет передано будущим поколениям."
В исследовании, опубликованном сегодня в New Phytologist, команда Сакса расширила наше понимание того, как генетика растений и факторы окружающей среды влияют на микробные популяции почвы в полевых условиях. Первым автором статьи является Камилла Вендландт, аспирант исследовательской группы Сакса.
Исследователи исследовали, меняет ли Acmispon strigosus (растение гороха) то, как оно связывается с различными штаммами азотфиксирующих бактерий при изменении окружающей среды. Удивительно, но они обнаружили, что изменение среды обитания растений путем внесения удобрений в почву не изменило того, как растения ассоциировались с микробами. Вместо этого исследователи обнаружили, что генетическая изменчивость между растениями гороха была наиболее важной для объяснения того, вкладывались ли растения в отношения с наиболее полезными микробами. Другими словами, некоторые варианты растения лучше других развивают эти выгодные партнерские отношения.
Варианты растения гороха, которые лучше всего инвестировали в полезные микробы, также имели очень высокие преимущества роста, в отличие от других вариантов растения гороха, которые не вкладывали столько средств и получали меньше преимуществ роста.
«Тот факт, что признаки, управляющие этими партнерствами, различаются у растений одного и того же вида и передаются по наследству, показывает, что селекционеры могут отбирать их», - сказал Вендландт. «В конечном счете, мы надеемся, что агрономы воспользуются этим исследованием для создания сортов растений, максимально использующих почвенные микробы, с которыми они сталкиваются. Это могло бы уменьшить зависимость от химических удобрений, которые являются дорогостоящими для производителей и могут загрязнять окружающую среду».
Будущая работа в лаборатории будет сосредоточена на том, проявляют ли растения гороха генетические различия, когда они взаимодействуют с гораздо более сложными микробными сообществами, подобными тем, с которыми они сталкиваются в полевых почвах. Лаборатория также расширяет свои исследования, чтобы задавать аналогичные вопросы с растениями вигны, которые являются важной бобовой культурой в странах Африки к югу от Сахары.
Название документа: «Инвестиции хозяина в симбиоз варьируются в зависимости от генотипа бобовых Acmispon strigosus, но санкции хозяина одинаковы.«Помимо Сакса и Вендландта, участниками являются Джон Регус, Келси Гано-Коэн, Аманда Холлоуэлл, Кенджиро Куидес, Джонатан Лю и Юнис Адината, все из Калифорнийского университета в Риверсайде. Работа финансировалась Национальным научным фондом.