Учёные обнаружили скрытую стратегию растений и микробов для роста в условиях дефицита серы

Исследователи из Сингапурского центра экологической инженерии наук о жизни (SCELSE) и Национального университета Сингапура (NUS) обнаружили, что при конкуренции почвенных микробов в ризосфере (почве вокруг корней растений) они выделяют известное соединение — глутатион.

Это соединение усиливает рост растений в условиях дефицита серы. Однако растения получают выгоду за счёт снижения роста самих микробов.

Учёные называют этот баланс «транс-царственным компромиссом приспособленности» (trans-kingdom fitness trade-off), когда одно царство жизни (микробы) жертвует частью своего роста, а другое (растения) приобретает устойчивость.

Исследование опубликовано в журнале Cell Host & Microbe.

Глобальная проблема: снижение содержания серы в почвах

Сера, как азот и фосфор, необходима для роста растений, синтеза белков, производства витаминов и устойчивости к стрессу.

Исторически почвы пополнялись серой из-за промышленных выбросов. Однако с ужесточением экологических норм и переходом на чистую энергию атмосферные выбросы серы сократились. Это привело к снижению её естественного поступления в почвы.

Со временем сельскохозяйственные культуры истощили запасы серы в почве. Для компенсации дефицита фермеры всё чаще используют синтетические серные удобрения, что приводит к загрязнению водоёмов и деградации экосистем.

Новое открытие: микробный стимул

Исследование показало, что при конкуренции бактерий за питательные вещества они выделяют глутатион, который стимулирует рост растений при нехватке серы, даже ценой снижения собственного роста бактерий.

«Эта работа вводит концепцию транс-царственного компромисса приспособленности и даёт ей механистическое объяснение», — сказал первый автор работы Ариджит Мукерджи.

«Приспособленность растения зависит не только от него самого, но и от всего сообщества микробов вокруг него. Понимание таких компромиссов помогает создавать лучшие микробные решения для устойчивых культур».

Подобные компромиссы, вероятно, широко распространены в системах «хозяин–микроб» и могут представлять собой скрытые стратегии, с помощью которых голобионты (хозяева и их микробы) коллективно адаптируются к условиям среды.

Для сельского хозяйства это открытие важно: вместо химических удобрений можно создавать микробные консорциумы («коктейли»), которые естественным образом улучшают здоровье культур в условиях стресса. Это может снизить использование удобрений и улучшить здоровье почв.

От открытия к применению: подана патентная заявка

Для практического применения открытия команда подала патентную заявку, охватывающую использование этого механизма «растение–микроб» в сельском хозяйстве. Это позволит разрабатывать биопродукты для поддержки культур в почвах с дефицитом серы.

«Рассматривая не только функции микробов, но и их взаимодействия, мы можем создавать более эффективные микробные консорциумы для сельского хозяйства», — добавил доцент Санжей Сваруп, главный исследователь в SCELSE.

«Это путь к устойчивому, готовому к климатическим изменениям земледелию».