Ученые определили бактериальные гены, улучшающие рост растений
Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США расшифровали геном бактерии, обитающей в растениях, которая способна увеличивать рост растений на 40%. Работа, описанная в PLoS Genetics, выявила широкий спектр генов, объясняющих этот симбиотический успех.
Цель исследования — поиск подходов для улучшения роста растений, используемых для производства биотоплива, на малопригодных для сельского хозяйства землях, что также может повысить продуктивность продовольственных культур.
Объект изучения — бактерия Enterobacter (sp. 638), выделенная из корней тополей (модельной культуры для биотоплива). Секвенирование генома, аннотация и метаболический анализ позволили идентифицировать гены, помогающие бактерии колонизировать корни и приносить пользу растению.
Ключевые группы выявленных генов:
Для выживания бактерии: гены, помогающие конкурировать за ресурсы в почве, усваивать питательные вещества от корней, перемещаться к ним и закрепляться.
Для пользы растения:
- Гены, возможно, обеспечивающие устойчивость к засухе и токсичным металлам.
- Гены производства антимикробных агентов для защиты от инфекций.
- Гены синтеза стимулирующих рост фитогормонов и предшественников, которые тополь не может производить самостоятельно.
Важное открытие: производство этих фитогормонов бактерией напрямую зависит от наличия синтезированных растением сахаров (например, сахарозы) в среде. Один из метаболитов (мезо-2,3-бутандиол) известен своей способностью вызывать системную устойчивость к засухе и болезням у растений. Таким образом, растение обеспечивает бактерию сахаром, а бактерия помогает растению лучше расти.
Генетическая особенность: гены метаболизма сахарозы и производства фитогормонов расположены на геномном острове, что указывает на их возможное совместное приобретение посредством горизонтального переноса генов.
Перспективы: Дальнейшие исследования будут направлены на изучение экспрессии этих генов на разных стадиях колонизации. Эти знания могут лечь в основу стратегий использования бактериально-растительных симбиозов для устойчивого сельского хозяйства, производства биотоплива на маргинальных землях и борьбы с опустыниванием.