Учёные расшифровали взаимодействие генотипа и микробиоты проса для повышения урожайности

Просо итальянское (Setaria italica) — одна из старейших и наиболее устойчивых культур в мире. По сравнению с рисом и пшеницей, просо обладает отличной климатической устойчивостью и требует меньше удобрений, пестицидов и орошения. Кроме того, продукты на основе проса питательнее других злаков. Благодаря этим свойствам культура может сыграть важную роль в укреплении продовольственной безопасности.

BGI в сотрудничестве с Китайской академией наук раскрыли сеть взаимодействия генотипа растения проса с микробиотой, которая влияет на фенотипическую пластичность. Исследование опубликовано 7 октября 2022 года в Nature Communications.

Предыдущие работы выявили ключевые локусы, связанные со сроками цветения и устойчивостью к пирикуляриозу у проса, но локусы, ассоциированные с ростом растения или урожайностью, оставались неизвестными. Данное исследование впервые выявило связь между генотипом проса, корневым микробиомом и агрономическими признаками с помощью ассоциативного анализа и предложило концепцию генетически зависимых микробных эффектов.

В основе работы лежали данные о генетических вариациях 827 геномов разных сортов проса, данные о ризопланной микробиоте (внешней поверхности корня) и 12 параметрах роста и урожайности для каждого растения. Исследование интегрировало методы полногеномного поиска ассоциаций (GWAS), микробиомного поиска ассоциаций (MWAS) и микробиомного полногеномного поиска ассоциаций (mGWAS).

Учёные идентифицировали 257 микробных биомаркеров ризопланы, ассоциированных с шестью ключевыми агрономическими признаками. Состав ризопланной микробиоты в основном определяется вариациями в генах растения, связанных с иммунитетом, метаболизмом, гормональной сигнализацией и поглощением питательных веществ. Среди них ген иммунитета хозяина FLS2 и транскрипционный фактор bHLH35 широко ассоциированы с таксонами микробиоты ризопланы. Микробно-опосредованное влияние на рост проса зависит от генотипа растения-хозяина, что предполагает возможность использования прецизионного управления микробиомом для создания высокоурожайных сортов.

Эти результаты помогут повысить продуктивность проса и его адаптивность к окружающей среде. Соавтор работы, старший исследователь BGI Яюй Ван отметил: ««Персонализированная стратегия питания» с использованием точных микробных биоудобрений станет ключом к созданию высокоурожайных сортов в будущем. Это будет включать интеграцию прецизионной селекции на уровне ДНК с микробными экологическими удобрениями, интеграцией воды и удобрений, управлением всем полем, точным посевом и другими современными технологиями выращивания».