Новое исследование выяснит, как микробы влияют на растения риса

Растения в почве живут не в одиночестве — в одной чайной ложке почвы обитает около миллиарда микроскопических организмов. Однако о том, какие из этих крошечных организмов взаимодействуют с растениями и как они влияют на их жизнедеятельность и урожайность, известно сравнительно мало.

С трехлетним грантом в $1.9 млн от Национального научного фонда (NSF) исследователи из Университета Делавэра, Калифорнийского университета в Дэвисе и Университета штата Делавэр объединяются, чтобы раскрыть разнообразие и потенциальное влияние микробов, обитающих непосредственно у корней риса — одной из важнейших продовольственных культур в мире. Более половины населения мира (свыше 3 млрд человек) зависит от риса.

Ученым давно известен симбиоз бобовых растений с бактериями Rhizobia, которые колонизируют корни и позволяют растениям фиксировать атмосферный азот. В более раннем исследовании было показано, что при заражении листьев Arabidopsis thaliana патогеном растение выделяет кислоту, чтобы привлечь полезные почвенные бактерии (Bacillus subtilis) для защиты.

В рамках нового проекта в лабораториях будет налажена гидропонная система для выращивания риса, а в Калифорнии рис будут выращивать в полевых условиях. Образцы растений и почвы будут поступать для микробного и генетического анализа. Контролируемая экспериментальная система позволит изучить влияние микробных ассоциаций на рис. Транскриптомный и метаболический профилинг выявит гены, активно экспрессируемые растениями в ответ на различные условия.

Анализ профилей покажет глобальные изменения в экспрессии генов, а также изменения в конкретных функциональных классах генов, отражающие, например, доступность питательных веществ или формирование иммунитета растения, что можно подтвердить метаболическим анализом и тестами на восприимчивость к патогенам.

Всестороннее понимание влияния ассоциированных с корнями микробов (микробиома) на сельскохозяйственные культуры позволит разработать технологии, использующие естественные союзы микробов и растений, и может открыть новые пути для повышения урожайности помимо традиционной генетики и селекции растений.

В рамках проекта также будет разработана программа стажировок для студентов, включающая инновационную программу «От поля к лаборатории» — от сельскохозяйственного отбора проб до биоинформатики. Программа стажировок должна начаться следующим летом.