Как селекция кукурузы за полвека изменила её микробиом в ущерб экологии

Кукуруза не всегда была высокопродуктивной культурой. Тысячи лет она зависела от симбиоза с почвенными микробами, фиксирующими азот. Для их привлечения корни растения выделяли особый "сахарный коктейль", генетическая рецептура которого передавалась по наследству.

Всё изменила Зелёная революция. Ускоренная селекция на повышение урожайности и широкое применение синтетических азотных удобрений привели к тому, что кукуруза "оставила своих старых микробных друзей". Исследование Университета Иллинойса, опубликованное в International Society of Microbial Ecology Journal, показывает, что за полвека (с 1949 по 1986 год) селекция изменила микробиом растения в неустойчивую сторону.

Ключевые выводы исследования:

• Утрата полезных микробов: Современные линии кукурузы привлекают меньше "хороших" микробов, которые фиксируют азот из воздуха и делают его доступным для растения (азотфиксация, минерализация).
• Привлечение вредных микробов: Вместо этого растение стало активнее привлекать "плохие" микробы, способствующие потерям азота из почвы через процессы нитрификации и денитрификации.
• Экологические последствия: Это приводит к выбросам парниковых газов (N₂O) и вымыванию азота в водоёмы, что усугубляет проблему "мёртвых зон" в Мексиканском заливе.

Методология: Учёные во главе с аспирантом Алонсо Фавелой воссоздали историю селекции, высадив в теплице 20 линий кукурузы, созданных в разные периоды. Почву инокулировали микробами с поля, где не выращивали кукурузу или сою минимум два года. Через 36 дней проанализировали ДНК микробиома корней и функциональные гены, связанные с циклом азота.

Причина изменений: Селекционеры, работая в условиях избытка синтетических удобрений, отбирали растения по надземным признакам (урожайность), невольно изменяя состав корневых выделений и отбирая против симбиоза с полезными микробами.

Путь к решению: "возвращение к диким предкам"

Учёные видят потенциал в теосинте — диком предке кукурузы. Это растение эволюционировало в тесной связи с экосистемой, включая азотфиксирующие микробы.

• Мартин Бон, селекционер кукурузы, считает возможным найти у теосинта гены, ответственные за привлечение полезных микробов, и внедрить их в современные гибриды.
• Это позволило бы снизить зависимость от синтетических удобрений и уменьшить потери азота.
• Анжела Кент отмечает, что даже снижение потерь азота на 10% в Среднем Западе США могло бы значительно улучшить экологическую ситуацию в Мексиканском заливе.

Таким образом, "возвращение в прошлое" к генетическим ресурсам диких предков может стать ключом к созданию более устойчивых и экологичных сельскохозяйственных систем будущего.