Исследование микробиома открывает новые стратегии для здоровых и устойчивых к климату культур

Сельское хозяйство сталкивается с огромными проблемами из-за глобальных изменений, вызванных деятельностью человека. Засуха, экстремальные погодные явления, рекордные температуры и новые патогены угрожают мировому продовольственному снабжению. Необходимо сделать сельскохозяйственные культуры более устойчивыми, не загрязняя при этом окружающую среду. Исследования и управление микробиомом предлагают для этого большой потенциал. Новое исследование международной группы под руководством Технологического университета Граца (TU Graz), опубликованное в научном журнале New Phytologist, открывает здесь новые перспективы.

Важность микробиома для живых организмов

Исследованиям микробиома всего несколько десятилетий, но они уже принесли революционные открытия. Одно из них: люди, животные и растения имеют специфически адаптированные микробиомы, взявшие на себя важнейшие функции. Организм и микробиом эволюционировали в коэволюции, то есть во взаимном влиянии. Это подтвердило настоящее исследование. Сегодня все организмы рассматриваются как «голобионты» — совместно функционирующие единицы со множеством специализированных микроорганизмов. Последние всегда численно превосходят: у человека, например, в десять раз больше микроорганизмов, чем собственных клеток. Микробиом считается важной мишенью для новых методов терапии и профилактики здоровья. Это в равной степени верно и для культурных растений, но потенциал здесь до сих пор мало изучен или использован.

Подтверждение теории коэволюции

Междисциплинарная группа исследователей сравнила микробиом современных одомашненных сортов яблони (специально выведенных и культивируемых) с микробиомом их диких предков, а также с микробиомом близкородственных видов. С помощью молекулярных анализов и биоинформатических методов группа впервые смогла установить, что микробиом наследуется в той же степени, что и гены. Генетически схожие яблони имеют и схожий микробиом. И что удивительно, современные сорта яблок до сих пор содержат часть микробиома своих диких предков.

Исследование показывает, что микробиом также «выводился» и сильно изменился со временем. До сих пор это происходило непреднамеренно, и многие микроорганизмы были утеряны. Эти утраченные микроорганизмы теперь могут помочь сделать наши культуры вновь устойчивыми к изменению климата. Потому что фокус селекции сместился с размера и сладости плодов на их устойчивость и здоровье. Исследователи убеждены, что микробиом диких предков, происходящих из внутриазиатского горного хребта Тянь-Шань, содержит для этого ценные микроорганизмы.

Полезные результаты для сельского хозяйства

По словам первого автора исследования Ахмеда Абдельфаттаха из Института экологической биотехнологии, «результаты проясняют давние научные дебаты и закладывают основу для новых экологических стратегий в селекции растений».

Можно представить, например, изменение микробиома растения путем целенаправленного внедрения микроорганизмов для повышения устойчивости растений. Именно на этом специализируется Институт экологической биотехнологии TU Graz, куда Ахмед Абдельфаттах выбрался в качестве стипендиата Марии Кюри из-за экспертизы в области биотехнологии микробиома. «Мое путешествие в мир микробиома яблока началось во время визита в лабораторию доктора Майкла Вишневского в 2015 году в качестве аспиранта», — говорит Абдельфаттах. Вишневский, последний автор статьи, на чьих исследованиях был основан оригинальный эксперимент, является профессором Virginia Tech с давним научным вкладом в исследования плодовых культур.

Вернувшись в Грац, руководитель института Габриэле Берг и ее команда стремятся использовать эти новые знания для здоровья растений, а также людей и нашей планеты. Таким образом, яблоко — лишь символ, как это было много раз в истории человечества.