Микроб мобилизует "железный щит" для блокировки поглощения мышьяка рисом

Исследователи из Университета Делавэра обнаружили почвенный микроб, который мобилизует "железный щит", чтобы блокировать поглощение токсичного мышьяка рисом.

Мышьяк естественным образом содержится в горных породах и почвах, воздухе и воде, растениях и животных. Хроническое воздействие мышьяка связывают с раком, сердечными заболеваниями и диабетом.

Это открытие вселяет надежду, что может появиться естественное, недорогое решение — пробиотик для растений риса, — которое защитит этот глобальный источник пищи от накопления вредных уровней одного из самых смертоносных ядов на планете. Рис в настоящее время является основным продуктом питания для более чем половины населения мира.

Исследование, опубликованное в международном журнале Planta, возглавил Харш Байс, доцент кафедры растениеводства и почвоведения. Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF).

Обнаруженный микроб назван "EA106" в честь выпускницы университета Эмили Алфф, которая выделила этот штамм, будучи аспирантом в лаборатории Байса. Микроб был найден среди корней североамериканского сорта риса, выращиваемого в Калифорнии. Он принадлежит к группе грамотрицательных палочковидных бактерий Pantoea.

Поскольку рис выращивают под водой — часто в воде, загрязненной мышьяком в таких регионах, как Бангладеш, Индия и Китай, — он поглощает в 10 раз больше мышьяка, чем другие зерновые культуры, такие как пшеница и овес. Поглощая фосфат, необходимый для роста, растения риса также поглощают мышьяк, который имеет схожую химическую структуру.

"Этот конкретный микроб, EA106, хорошо мобилизует железо, которое конкурирует с мышьяком, эффективно блокируя его путь", — объясняет Байс. — "На поверхности корней образуется железная бляшка, которая не позволяет мышьяку подниматься в растение риса".

Исследователи провели исследование на сотнях растений риса — одни выращивались в почве, другие гидропонным способом — в теплице Фишера университета. Инокуляция EA106 улучшила поглощение железа корнями растений, одновременно снизив накопление токсичного мышьяка в побегах.

Следующие шаги в исследовании определят, является ли естественное решение этой серьезной проблемы близким. "Мы еще не дошли до уровня зерна. Сейчас мы над этим работаем, чтобы выяснить, предотвращает ли EA106 накопление мышьяка в зерне. Это окончательный тест", — говорит Байс.

Если следующий этап исследований покажет успех, существуют недорогие технологии (например, бетономешалка) для покрытия семян риса полезными бактериями. Дополнительным плюсом станет обогащение растений риса железом, что не только снизит содержание мышьяка, но и повысит содержание железа в зерне в качестве питательной пользы.

В связанном исследовании Байс хочет оценить производительность растений, инокулированных EA106, при множественных стрессах: от мышьяка и от пирикуляриоза (рисовой пирикуляриозной гнили) — грибка, который, по оценкам, ежегодно уничтожает около 30% мирового урожая риса.

Группа Байса ранее выделила из почвы рисовых полей естественную бактерию, которая подавляет этот грибок. Его группа оценивает, как естественный союз между безвредными микробами и рисом может укрепить устойчивость растения к болезням. Полевые испытания планируется начать в Индии.