Микробные ароматы могут спасти урожай от засухи

Микроорганизмы производят большинство запахов, которые мы ощущаем. Например, запах земли после дождя — это геосмин, выделяемый почвенными бактериями актиномицетами. А характерный морской запах создаёт диметилсульфид, производимый цветущими водорослями.

Но микробные запахи также могут защищать растения. Сельскохозяйственные культуры могут завянуть и погибнуть в условиях засухи. Микробы — благодаря выделяемым ими ароматическим веществам — могут помочь растениям лучше переносить эти стрессовые условия.

Язык запахов

Запахи, как приятные, так и неприятные, вызываются химическими веществами, называемыми летучими органическими соединениями (ЛОС). Растения используют летучие вещества для привлечения опылителей или для «крика о помощи» при атаке насекомых.

Только за последнее десятилетие исследователи поняли, что микробы также общаются с помощью летучих веществ. Некоторые используют их для обмена сигналами или координации поведения. Летучие вещества легко испаряются и могут преодолевать большие расстояния по воздуху, что помогает микробам общаться в почвенной среде.

Исследования показывают, что почвенные микробы, живущие рядом с корнями растений, используют летучие вещества для обмена информацией в ризосфере (корневой зоне). Бактерии и грибы действительно реагируют друг на друга с помощью терпенов — ещё одного типа летучих соединений. Ранее терпены были известны как важные элементы общения растений и насекомых, но впервые наблюдается терпеновый «диалог» между микробами.

Запах изменения климата

Высокие температуры и засуха приведут к значительным потерям для всех основных продовольственных культур, включая кукурузу и пшеницу. Это окажет драматическое воздействие на глобальное продовольственное снабжение. Одна из стратегий смягчения последствий изменения климата для сельского хозяйства связана с микробами.

Растения содержат сообщества микробов, коллективно называемые микробиомом растения, которые поддерживают их здоровье, рост и защищают от болезней. Растения могут даже «нанимать» микробов к своим корням, чтобы помочь пережить засуху. Это интимные, взаимозависимые отношения между растением и его микробиомом называют голобионтом.

Некоторые даже считают это сотрудничество «сверхорганизмом» — организованным обществом, функционирующим как единое целое. Микробиом движет эволюцией и адаптацией растения-хозяина, делая его устойчивой системой, способной адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Часть исследований направлена на поиск экологически чистых альтернатив для сельского хозяйства. Например, микробные терпены — самый большой класс летучих веществ, производимых грибами, протистами и бактериями, — могут помочь растениям выжить в периоды засухи. Микробы выделяют эти летучие вещества, чтобы сигнализировать растениям и стимулировать их защитные механизмы.

Пока неизвестно, как именно происходит это общение или какие гены и пути задействованы в выделении этих летучих веществ. Учёные работают над этим, отслеживая микробные летучие вещества в растительном голобионте и буквально «выкапывая» гены, несущие генетическую информацию для производства этих соединений.

В будущем можно будет отбирать микробов, несущих гены для «полезных» запахов, помогающих растениям противостоять засухе, и «подкармливать» ими сельскохозяйственные культуры, как витаминами, чтобы они продолжали обеспечивать нас пищей в более тёплом будущем.