Генетика растения влияет на состав микробиома корней кукурузы

Международная исследовательская группа под руководством Университета Бонна с участием Института IPK имени Лейбница показала на примере кукурузы, что генетика растения-хозяина значительно влияет на состав микробов вокруг корней. Исследование опубликовано в Nature Plants.

Генетическое разнообразие и стресс

Команда проанализировала 129 сортов кукурузы, выращенных в нормальных условиях и при дефиците фосфора, азота и воды. Было секвенировано ДНК микробов из 3168 образцов, взятых из тонкого слоя вокруг корней.

• Роль генетического материала корня проявилась в стрессовых условиях.
• Нехватка питательных веществ и воды также влияла на состав микробов.
• Однако даже при одинаковом стрессе выявились различия в микробиоме разных сортов кукурузы.

«Мы показали, что определенные гены кукурузы взаимодействуют с определенными бактериями», — объясняет доктор Пэн Ю.

Ключевой организм и механизм взаимодействия

Исследователи смогли предсказать, какие ключевые организмы будут в микробиоме корня, используя данные о происхождении сорта и его геноме. Особенно выделялись бактерии рода Massilia.

• При достаточном азоте этих микробов было мало.
• При дефиците азота Massilia было много на корнях.

Инокуляция корней кукурузы этой бактерией показала, что у растений образуется значительно больше боковых корней, что улучшает поглощение питательных веществ и воды.

Дальнейшие исследования выявили механизм: корень привлекает бактерии Massilia с помощью флавонов (растительных пигментов). Эти вещества стимулируют образование боковых корней при содействии бактерий. «Однако предпосылкой для этого было наличие у растения кукурузы гена, связывающего микротрубочки», — отмечает доктор Пэн Ю.

Значение для науки и селекции

«Для этого исследования мы также открыли инструментарий количественной генетики для исследований микробиома, — говорит доктор Йонг Цзян. — Мы были удивлены большой долей генетического компонента в формировании микробиома».

Результаты могут быть использованы как основу для изучения агроэкологических вопросов и для выведения новых сортов кукурузы, лучше адаптированных к изменению климата, на основе данных о геноме и микробиоме.