Полезные бактерии помогают пшенице выдерживать жару
Глобальное потепление увеличило число сильных волн тепла, которые наносят ущерб сельскому хозяйству, снижают урожайность и угрожают продовольственным запасам. Некоторые растения имеют естественную термостойкость, а другие приобретают её после предварительного воздействия температур выше нормы. Однако выведение жароустойчивых культур — трудоёмкий и дорогой процесс.
Растёт интерес к использованию микробов для защиты растений. Биологи показали, что обитающие в корнях бактерии могут помочь своим травянистым хозяевам пережить экстремальные условия, такие как засуха, избыток соли или жара.
«Полезные бактерии могут стать одним из самых быстрых, дешёвых и экологичных способов достижения устойчивого сельского хозяйства, — говорит постдок Кирти Шекхават. — Однако долгосрочные исследования, доказывающие их эффективность в реальных условиях, отсутствуют, и мы ещё не раскрыли молекулярные механизмы этого процесса».
Чтобы восполнить этот пробел, Шекхават и команда под руководством Хериберта Хирта выбрали полезную бактерию SA187, обитающую в корнях выносливого пустынного кустарника Indigofera argentea. Они обработали ею семена пшеницы и высадили их в лаборатории вместе с необработанными семенами. Через шесть дней растения подвергли воздействию температуры 44°C на два часа. Необработанная пшеница получила повреждения листьев и перестала расти, а обработанная осталась невредимой и процветала, что указывает на индуцированную бактериями термостойкость.
«Бактерии проникают в растение, как только семена прорастают, и живут в симбиозе с ним всю его жизнь», — объясняет Шекхават.
Затем исследователи несколько лет выращивали пшеницу в естественных полевых условиях в Дубае, где температура может достигать 45°C. Обычно пшеницу там выращивают только зимой, но урожайность растений, укреплённых бактериями, стабильно была на 20–50% выше, чем у обычных.
Команда использовала модельное растение Arabidopsis, чтобы проанализировать все гены растения, экспрессируемые при тепловом стрессе — с бактериями и без них. Оказалось, что бактерии производят метаболиты, которые преобразуются в растительный гормон этилен. Он подготавливает к действию гены устойчивости растения к жаре. «По сути, бактерии учат растение пользоваться собственной системой защиты», — говорит Шекхават.
Тысячи других бактерий способны защищать растения от различных угроз — от засух до грибков. Команда уже тестирует некоторые из них на других культурах, включая овощи.
«Мы лишь прикоснулись к поверхности этого скрытого мира почвы, который когда-то считали мёртвой материей, — говорит Хирт. — Полезные бактерии могут помочь преобразовать неустойчивую сельскохозяйственную систему в по-настоящему экологичную».