Использование почвенных микробов для улучшения урожая

Исследователи предлагают использовать недавно выделенный почвенный микроб для модификации сельскохозяйственных культур и защиты их от грибковых заболеваний.

Учёные из Управления по развитию сельского хозяйства и продовольствия (TEAGASC) идентифицировали новую бактерию, способную модифицировать характеристики растений и придавать им полезные свойства, такие как устойчивость к болезням.

Это не первый случай использования бактерий для генетической модификации растений. Agrobacterium tumefaciens, иногда называемая «инженером растений мира», генетически трансформирует растения на протяжении тысячелетий и уже много лет используется для создания генетически модифицированных культур по всему миру. Ежегодно в мире выращивается более 180 миллионов гектаров культур, модифицированных с помощью Agrobacterium.

Использование Agrobacterium имеет ограничения, включая патенты и технические сложности. В попытке преодолеть это исследователи начали поиск альтернативных микробов с аналогичным эффектом.

Доктор Юэн Маллинс и его коллеги нашли альтернативу Agrobacterium — бактерию Ensifer adherens, собранную из ризосферы (разнообразного микробного сообщества в почве вокруг корней растений). Этот микроб может быть даже более эффективным для модификации более широкого спектра культур.

E. adherens может изменять генетический материал растения с помощью процесса, называемого Ensifer-опосредованной трансформацией (EMT), при котором бактерия инженерно изменяет геном растения.

Agrobacterium распознаётся многими растениями как вредитель, что вызывает защитную реакцию. Напротив, E. adherens воспринимается как дружественная симбиотическая бактерия, что вызывает меньший ответ у обработанных растений. Это делает E. adherens более перспективной для работы с элитными сортами растений. EMT уже использовалась для трансформации ряда важных культур, включая табак, рапс, рис, сафлор и маниоку.

Практическое применение: устойчивость картофеля к фитофторозу

Команда уже продемонстрировала потенциал EMT для создания сортов картофеля, устойчивых к фитофторозу. Это заболевание, вызываемое грибоподобным организмом Phytophthora infestans, печально известно как причина картофельного голода 1845 года в Ирландии, унёсшего более 1 миллиона жизней. Оно до сих пор наносит огромный ущерб, обходясь картофельной индустрии ЕС (€7 млрд) более чем в €1 млрд ежегодно из-за затрат на химикаты и потерь урожая.

Используя гены, выделенные из диких видов картофеля, EMT позволяет получить устойчивые к фитофторозу линии картофеля примерно за 12 месяцев. Для достижения аналогичного результата традиционной селекцией потребовалось бы около 12 лет.

Текущий метод борьбы с P. infestans — дорогостоящие фунгициды. Для контроля болезни фермеры вынуждены проводить многократные обработки в течение сезона, часто более 10 раз в год. Внедрение подобной генетической устойчивости позволит сократить потребность в фунгицидах в сельском хозяйстве.

Потенциал ризосферы

Ризосфера регулирует состав почвы вокруг корней и является важной частью экосистемы растения. Она содержит огромное количество микробов (в основном бактерий), которые участвуют в разложении и круговороте питательных веществ. Состав этих микробов зависит от выделений корней растений, включающих белки, сахара и слущенные клетки.

Доктор Маллинс прогнозирует, что в ризосфере существует множество других бактерий, способных модифицировать растения подобно Ensifer и Agrobacterium, и, возможно, трансформировать ещё более широкий спектр культур. Ключевой момент — можно идентифицировать специфичные для культур ризобии, способные повысить продуктивность и устойчивость к многочисленным вызовам, стоящим перед системами производства продовольствия.