Микроорганизмы, живущие внутри корней растений, объединяются, чтобы ускорить рост растения и его устойчивость к стрессу. Международная исследовательская группа под руководством Нидерландского института экологии (NIOO-KNAW) и Wageningen UR сообщает о своем открытии в сегодняшнем выпуске научного журнала Science.
Некоторые виды «резидентных» бактерий могут защитить корни растений от грибковых инфекций. Исследователи из Нидерландов (Вагенинген, Лейден, Роттердам), Бразилии, Колумбии и США сделали это открытие с помощью метагеномики: формы ДНК-технологии, которая анализирует гены из окружающей среды, чтобы выявить ранее скрытое разнообразие местного микробного сообщества.
«Это беспрецедентно, что мы смогли реконструировать состав и функции этого сообщества в корнях растений исключительно на основе секвенирования ДНК», - говорит последний автор исследования и руководитель исследования Джос Рааймакерс из NIOO-KNAW.
Устойчивое растениеводство
«Бактерии необходимы для функционирования растений, животных и людей», - утверждает Рааймакерс. «Наша главная цель состояла в том, чтобы обнаружить микроорганизмы внутри корней, которые рекрутируются растением, когда оно подвергается атаке грибковых патогенов. Наше исследование представляет собой большой шаг вперед в разработке более устойчивых систем растениеводства с меньшим количеством пестицидов».
Так что же именно происходит с корнями растений, когда они находятся на грани заражения? Исследователи выяснили, что «руки помощи» внутри корней начинают вырабатывать всевозможные полезные вещества. Например, хитиназы: ферменты, которые разрушают клеточные стенки атакующих грибковых патогенов.
Это открытие позволило исследователям разработать специальные микроскопические запасные отряды для растений, используя виды Chitinophaga и Flavobacterium. Эксперименты на сахарной свекле постоянно доказывали эффективность этого подхода в подавлении грибковых поражений корней.
Генетическая сокровищница
«Оказалось, что микроорганизмы, живущие в корнях, также обладают множеством неизвестных до сих пор генетических свойств», - говорит Рааймакерс. Новое программное обеспечение, разработанное исследователями из Wageningen University & Research (WUR), облегчает одновременное сравнение ДНК тысяч видов.
Используя этот метод, исследователи обнаружили более 700 неизвестных кластеров генов, производящих уникальные вещества. Только двенадцать до сих пор были зарегистрированы в мировых базах данных. Raaijmakers: «Мы обнаружили настоящую сокровищницу свойств, функцию которых мы пока даже не знаем. Это только верхушка айсберга."
Исследователь NIOO подчеркивает, что эти открытия стали возможны только благодаря междисциплинарному подходу исследования: «В нем участвовали экологи, а также микробиологи, молекулярные биологи, биоинформатики и статистики».
Исследование команды является частью проекта BackToRoots, который получил финансирование от Домена AES (прикладные и инженерные науки) Голландского исследовательского совета. BackToRoots стремится улучшить рост и продуктивность растений, исследуя полезные микробные сообщества, в том числе обнаруженные в диких предках наших современных культур.
Нидерландский институт экологии (NIOO-KNAW), в котором работает более 300 сотрудников и студентов, является одним из крупнейших научно-исследовательских институтов Королевской нидерландской академии искусств и наук (KNAW). Институт специализируется на водной и земельной экологии. По состоянию на 2011 год институт расположен в инновационном и устойчивом исследовательском здании в Вагенингене, Нидерланды. NIOO имеет впечатляющую историю исследований, которая насчитывает 60 лет и охватывает всю страну и не только.