Бактерии-супергерои могут спасти урожай

Бактерия SA187 была выделена из корневых клубеньков местного пустынного растения, произрастающего в Саудовской Аравии. Команда Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST) обнаружила, что у неё много генов, способствующих росту растений в стрессовых условиях.

Это открытие — часть проекта KAUST DARWIN21, цель которого — изучить микробное разнообразие пустынных растений и оценить их потенциал для повышения устойчивости сельского хозяйства в засушливых и маргинальных районах.

«Мы были удивлены, обнаружив десятки бактерий из совершенно разных таксонов, которые способны помочь различным растениям лучше расти в условиях абиотического стресса», — говорит фитопатолог Хериберт Хирт.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) прогнозирует, что к 2050 году фермерам потребуется производить на 70% больше пищи для растущего населения мира. При этом 70% мирового годового производства продуктов теряется из-за проблем, вызванных различными биотическими (патогены, насекомые, травоядные) и абиотическими (засуха, жара, холод) факторами.

Культуры должны быть более устойчивыми к стрессу, но технологии генной инженерии и селекции требуют много времени для разработки и не могут сразу помочь тем, кто больше всего нуждается в продовольствии: мелким фермерам, живущим за счёт своего урожая. «Поэтому нам нужны быстрые и недорогие решения, доступные каждому на планете», — говорит Хирт. Проект DARWIN21 направлен на поиск бактерий, которые могут помочь культурам стать устойчивыми к наиболее значительным абиотическим стрессам, ответственным за 60% потерь урожайности.

Исследователи KAUST обработали пятидневные проростки цветкового растения Arabidopsis thaliana бактерией SA187. Затем растения выращивали в условиях, проверяющих их устойчивость к засухе, жаре и засолению. Обработанные SA187 растения росли лучше, чем необработанные.

Анализы также показали, что SA187 может:

• адаптироваться к разнообразным и суровым условиям;
• колонизировать растения и модулировать выработку их гормонов, стимулируя рост;
• производить ферменты, защищающие растение от патогенных бактерий, насекомых и грибов.

Важно, что команда сравнила геном SA187 с геномами других бактерий и обнаружила, что это может быть новый род в семействе Enterobacteriaceae. Однако для полного определения его таксономического положения требуются дальнейшие исследования.

Команда смогла детально проанализировать геном бактерии и оценить вероятные функции многих её генов с помощью вычислительного конвейера KAUST Automatic Annotation of Microbial/Meta Genomes, — говорит биоинформатик Интихаб Алам из Центра вычислительной биологии.

Идентифицированные гены были добавлены в INtegrated Database of microbial/meta GenOmes (INDIGO), чтобы предоставить биологам удобную платформу для дальнейшего изучения этих генов.

Исследователь команды Магед Саад разработал метод покрытия семян бактериями перед посевом. Это даёт бактериям конкурентное преимущество для закрепления на растении до его контакта с другими почвенными бактериями.

Четыре студента Хирта сейчас создают некоммерческую компанию для распространения SA187 среди бедных фермеров в разных частях мира. «Мы надеемся, что, увеличив урожай, эти фермеры смогут купить необходимые инструменты, например, тракторы, чтобы улучшить производство и обеспечить себе устойчивый доход», — говорит Хирт.