Устойчивость растений к грибку связана с наследуемыми различиями в численности микробиоты
Новое исследование показывает, что некоторые бактерии могут помогать подсолнечнику, четвертой по значимости масличной культуре в мире, защищаться от разрушительной белой гнили, вызываемой грибковым патогеном Sclerotinia sclerotiorum. Эта болезнь приводит к средним ежегодным потерям урожая подсолнечника более чем на 1% и может поражать другие культуры.
Исследование, опубликованное в Molecular Ecology, показывает, что сообщества микроорганизмов в ризосфере (почве вокруг корней) играют ключевую роль в устойчивости к болезням, и на эту микробиоту влияет генетическая вариация растений.
Результаты экспериментов
Исследование включало полевой эксперимент и эксперимент в теплице с разными линиями подсолнечника.
- В полевых условиях 20 растений каждой линии выращивали на одном поле. Часть растений заражали патогеном.
- В теплице растения выращивали в стерилизованной и нестерилизованной почве с того же поля, чтобы оценить роль микробов.
Ключевые выводы:
- Было выявлено 42 типа микроорганизмов, ассоциированных с устойчивостью к болезни.
- Растения в стерильной почве погибали на 19 дней раньше, чем в почве с микробиотой, что подтвердило её важную защитную роль.
- Четыре типа бактерий (операционные таксономические единицы, OTUs) были наиболее сильно скоррелированы с устойчивостью к патогену.
- Генетический анализ показал, что определённые гены подсолнечника соответствуют повышенной численности этих полезных микробов в ризосфере.
Это указывает на то, что разные линии подсолнечника генетически адаптировались для увеличения количества полезных микробов в почве, повышая свою устойчивость к белой гнили. Поскольку эта связь генетическая, её можно унаследовать и культивировать через селекцию.
Механизм взаимодействия растений и микробов
- Растения могут формировать сообщество полезных микробов в ризосфере, выделяя корневые экссудаты (например, сахара и углеводы), которые ингибируют или стимулируют рост определённых микроорганизмов.
- Взаимодействие зависит от генов растения, что позволило исследователям связать четыре ключевых типа бактерий с конкретными участками генетического кода подсолнечника.
- Четыре из 40 изученных образцов подсолнечника показали устойчивость к Sclerotinia даже без защиты полезных бактерий, что указывает на существование и собственных генетических механизмов защиты растения, хотя и менее значительных.
Перспективы и дальнейшие исследования
Исследование поднимает новые вопросы о стоимости и пользе симбиоза, молекулярных механизмах его вариативности и взаимодействии генотипа с факторами среды.
Практическое применение может включать:
- Селекцию растений на гены, повышающие численность полезных микробов.
- Сельскохозяйственные практики, способствующие развитию полезных микробных сообществ.
- Применение полезных микробных "коктейлей" на поля или семена, над чем уже работают некоторые биотехнологические компании.
Как отмечает ведущий исследователь Нолан Кейн, эта работа может помочь не только в селекции подсолнечника, но и в понимании принципов взаимодействия растений с почвенным сообществом для защиты других культур.