Перепись почвенного микробиома
Здоровье растений зависит от невидимого сообщества бактерий и грибов в почве — почвенного микробиома. Понимание его состава критически важно для устойчивого сельского хозяйства и продовольственной безопасности в условиях изменения климата.
Исследователи из Калтеха разработали новый вычислительный алгоритм для анализа ДНК из образцов почвы и корней. Он позволяет точно определять и количественно оценивать присутствие бактерий с определёнными функциональными генами, например, генами производства антибиотиков, минуя проблему невозможности культивирования многих видов в лаборатории («микробная тёмная материя»).
Метод был применён для поиска бактерий, производящих феназины — антибиотические и противогрибковые молекулы, защищающие корни растений от патогенов. Алгоритм протестировали на экспериментальных полях пшеницы в штате Вашингтон (USDA). Он подтвердил обилие известных продуцентов феназинов — флуоресцентных псевдомонад. Неожиданно он также выявил высокую численность других продуцентов из рода Streptomyces.
Анализ сотен публичных наборов данных ДНК из почв и корней сельхозкультур по всему миру показал:
- Бактерии-продуценты феназинов широко распространены и особенно обогащены в микробиомах, ассоциированных с сельскохозяйственными культурами.
- Ранее не охарактеризованный вид Dyella japonica оказался широко распространён среди культур, особенно кукурузы.
Лабораторное изучение Dyella japonica с помощью геномики, генетики и микроскопии выявило:
- Бактерия производит уникальный тип феназина.
- Она колонизирует не поверхность корней, а внутри корней кукурузы и на кончиках корневых волосков — в зонах, богатых питательными веществами.
Вывод: Новый метод открывает путь к глобальному картированию функциональных возможностей почвенного микробиома. Понимание видов, составляющих здоровый микробиом, может в будущем позволить естественным образом «инженерять» среду для улучшения урожайности, подобно пробиотику для почвы. Результаты подтверждают важную роль феназинов для здоровья сельскохозяйственных культур.