Бактерии, оправдывающие свою солёную репутацию

Бактерии, выделенные из пустынных растений, могут стать ключом к поддержанию продуктивного сельского хозяйства в засушливых регионах.

Из-за изменения климата и роста населения фермеры вынуждены повышать урожайность на маргинальных землях, например, в пустынях. Такое земледелие требует интенсивного орошения, часто высокосолёной грунтовой водой, что быстро приводит к засолению почвы до уровней, угнетающих рост культур.

Существует острая необходимость в разработке сельскохозяйственных культур, устойчивых к стрессам, включая засоление, засуху и экстремальные температуры. Исследовательская группа Хериберта Хирта из KAUST нашла новый способ сделать это, используя естественную способность определённых бактерий стимулировать рост растений.

Команда выделила более 80 различных бактерий из тканей пустынных растений и проверила их потенциал для повышения солеустойчивости у Arabidopsis — «лабораторной крысы» в науке о растениях. Один вид, Enterobacter, известный как SA187, явно превзошёл остальные.

Далее исследователи протестировали SA187 в полевых условиях на люцерне — бобовой культуре, выращиваемой во многих странах на корм скоту. Урожайность семян, обработанных SA187, была значительно выше, чем у необработанных семян, как в нормальных, так и в засолённых условиях.

Чтобы понять, как именно SA187 способствует росту растений, команда вернулась к Arabidopsis. Исследования показали, что SA187 колонизирует как корни, так и побеги. Обычно солевой стресс ограничивает скорость фотосинтеза — процесса синтеза сахаров. Однако у растений, обработанных SA187, фотосинтез продолжался в условиях высокой засолённости.

Используя мутантные растения Arabidopsis, исследователи показали, что этот эффект опосредован этиленом — растительным гормоном, важным для адаптации к стрессам. Однако этилен вырабатывался не растениями. Вместо этого, колонизируя растение-хозяина, SA187 производит большое количество соединения, известного как 2-кето-4-метилтиомасляная кислота (KMBA). KMBA легко превращается в этилен в растительных клетках, и команда доказала, что именно это отвечает за улучшенный рост в условиях засоления.

Исследователи заявляют, что этот вновь открытый KMBA-опосредованный путь молекулярной коммуникации между бактериями и растениями можно использовать как «простое биологическое решение для выращивания растений в крайне неблагоприятных условиях». Его потенциал выходит за рамки люцерны: постдок Аксель де Зеликур сообщает, что недавние тесты на злаках дали аналогичные положительные результаты, а испытания ведутся на томатах, огурцах и дынях.

В сочетании с другими бактериями, которые могли бы, например, поставлять питательные вещества или стимулировать защиту растений от патогенов, эта технология, по мнению де Зеликура, может принести реальную пользу сельскому хозяйству, одновременно снижая его воздействие на окружающую среду. «Нашей конечной целью, — говорит он, — было бы предложить фермерам и селекционерам бактериальный коктейль для повышения урожайности в неблагоприятных условиях».