Селекция растений с более полезными бактериями может оказаться сложной задачей

С ростом населения планеты некоторые учёные надеются, что манипуляции с микробиомом растений откроют новые пути для удовлетворения растущего спроса на продовольствие.

Однако селекция более полезных сообществ микробов в тканях сельскохозяйственных растений и на их поверхности может быть проще для одних органов и условий выращивания, чем для других, как показало исследование учёных из Университета Дьюка.

Результаты опубликованы 12 июля в журнале Nature Communications.

Растения являются домом для миллионов микробов, которые оказывают огромное влияние на их здоровье и рост. Полезные бактерии, живущие внутри и на поверхности корней и листьев, могут помогать растениям усваивать минералы и питательные вещества из почвы, противостоять патогенам, а также выдерживать засоление, жару и засуху.

Предыдущие исследования показали, что гены растения могут формировать его микробиом в лаборатории, но гораздо меньше работ оценивали степень генетического контроля над микробиомом растения в полевых условиях.

«Внутри одного листа могут обитать тысячи различных видов бактерий, — говорит ведущий автор исследования Мэгги Вагнер. — Вопрос в том, какие факторы влияют на то, какие микробы в итоге поселятся внутри растения?»

Чтобы разделить относительное влияние генов растения, окружающей среды и других факторов, Вагнер и коллеги использовали секвенирование ДНК для анализа микробиома дикорастущего растения Boechera stricta в Скалистых горах.

Генетически идентичные линии растения были выращены из семян в теплицах в Дьюке, а затем пересажены в виде рассады на три экспериментальных участка в центральном Айдахо.

Спустя два-четыре года исследователи собрали растения. Они секвенировали бактериальную ДНК в корнях и листьях 440 особей.

При сравнении найденных бактериальных последовательностей с базами данных известных микробов исследователи обнаружили в растениях почти 4000 типов бактерий.

Наиболее распространёнными группами были Proteobacteria и Actinobacteria. Корни содержали в 2–10 раз больше типов бактерий, чем листья.

Различия в условиях между участками и годами — такие как pH почвы, влажность и температура — оказали наибольшее влияние на бактериальный состав растений.

В среднем лишь 5% или менее вариаций в микробном разнообразии контролировалось генетикой растения. Влияние генов растения было сильнее в листьях, чем в корнях, и значительно варьировалось от одного участка к другому.

«Существует большой интерес к использованию силы микробиомов для здоровья растений, особенно сельскохозяйственных культур», — отмечает Вагнер.

Эти результаты подтверждают идею о том, что для формирования микробиома растения также возможно использовать традиционную селекцию. Однако, по крайней мере для культур из того же семейства, что и Boechera (например, капусты и брокколи), селекция более полезного микробиома может быть проще для листьев, чем для корней. Кроме того, микробное сообщество, стабильно наследуемое в одном месте или в одних условиях выращивания, может не передаваться так же надёжно в других.

«Микробиомы могут стать очень полезным инструментом для повышения продуктивности сельского хозяйства в условиях роста населения и изменения климата, — говорит Вагнер, — но разработка эффективной селекционной программы может оказаться намного сложнее, чем некоторые думают».