Полезная бактерия — палка о двух концах

Люцерна посевная (Medicago sativa) — сельскохозяйственная культура семейства бобовых, важный белковый корм для молочного скота. Однако она подвержена грибковым заболеваниям (например, чёрной ножке), которые снижают урожайность.

Исследование Университета Делавэра, опубликованное в Plants, показало, что запатентованный полезный микроб UD1022 (штамм Bacillus subtilis) может защищать люцерну от патогенных грибов. В лабораторных экспериментах UD1022 предотвращал заражение четырьмя разными грибковыми патогенами.

Ключевую роль в этом играет молекула сурфактин, действующая как антибиотик. Когда ген, ответственный за его производство, удалили, UD1022 потерял способность работать как широкоспектральный противогрибковый агент. Также выяснилось, что биоплёнки (сахаристые покрытия, помогающие микробам прикрепляться к растениям) участвуют в подавлении патогенов у некоторых видов.

Не друг всем друзьям

Однако оказалось, что UD1022 не всегда полезен. Он живёт на поверхности корней и может негативно влиять на симбиоз растений с ризобием — бактерией, которая фиксирует атмосферный азот в клубеньках на корнях бобовых.

Вместо помощи ассоциации люцерны с ризобием UD1022 подавлял её, и растения развивались хуже. Исследования показали, что UD1022 нарушает чувство кворума — коммуникацию ризобия с помощью сигнальных молекул, которая призывает другие клетки колонизировать корни.

В эксперименте с биосенсором (описанном в Plant Methods) присутствие сигнальных молекул визуализировалось синим цветом. При добавлении одного ризобия к корню люцерны наблюдалось яркое синее пятно. При совместном добавлении UD1022 и ризобия пятно почти исчезало — UD1022 секретировал молекулу, прерывающую коммуникацию. Это мешало растению нормально фиксировать азот.

«Итак, у нас есть полезная бактерия UD1022, которая в некоторых случаях может быть не такой полезной, как мы хотим. Мы должны быть осторожны с её применением», — говорит Аманда Розье.

Не универсальное решение

Эти работы иллюстрируют разнообразный функциональный отклик на бактерии, стимулирующие рост растений, такие как UD1022. Это не решение "один размер для всех".

По мере перехода сельского хозяйства к широкому использованию биостимуляторов необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как и когда применять такие полезные бактерии в поле. Например, возможно, сначала следует применять ризобий для роста, а позже — UD1022 для защиты от вредителей.

Кроме того, понимание способности UD1022 прерывать сигналы патогенов может иметь применение в медицине. Например, многие человеческие патогены (как пневмония) используют чувство кворума для образования плёнок в лёгких. Изучение того, как UD1022 разрушает эти сигналы, может подсказать новые подходы к лечению.