Нацеливание на микробиоту семян для повышения устойчивости растений

Фонио (Digitaria exilis) — древнейшая местная культура Западной Африки и один из самых быстро созревающих злаков. Его быстрое созревание, засухоустойчивость и способность расти на бедных почвах делают его полезной моделью для изучения адаптации злаков к будущим изменениям климата.

Исследователь KAUST Нахид Табассум и её коллеги под руководством Хериберта Хирта и Саймона Крэттингера изучили потенциал улучшения фонио через манипуляции с его ассоциацией с почвенными микробами.

Роль микробиоты семян

Растения, произрастающие в засушливых условиях, взаимодействуют с бактериями, которые помогают им бороться с абиотическими стрессами. Поскольку семена — ключевое звено для вертикальной передачи (от материнского растения) потенциально полезных микробных сообществ, учёные попытались раскрыть роль микробиома семян фонио в различных условиях.

Исследование и результаты

В исследовании изучили разнообразие бактериальных эндофитов семян у 126 полностью секвенированных генетических групп образцов фонио из разных мест Западной Африки.

• Ядро микробиома: Несмотря на разнообразие микробиомов, все растения фонио имеют общий набор микробов — «ядро микробиома», которое, вероятно, играет важную роль в общем метаболизме злака.
• Влияние среды: Анализ метеорологических и почвенных данных (осадки, температура, pH, структура почвы) в местах сбора показал корреляцию между этими параметрами и микробным разнообразием. Это указывает, что факторы окружающей среды могут влиять на состав микробов и их трансгенерационную передачу.
• Генетический контроль: Команда провела полногеномный поиск ассоциаций (GWAS) для 126 образцов фонио, чтобы идентифицировать генетические локусы, связанные с разнообразием эндофитов семян. Были обнаружены известные и новые гены, которые, по-видимому, влияют на разнообразие микробных сообществ, что говорит о генетической регуляции состава микробиома семян у разных групп фонио.

Потенциал для сельского хозяйства

• Инженерия микробиома семян может использоваться для целевого производства метаболитов или антимикробных соединений для улучшения биомассы и урожайности растений в условиях стресса.
• Вертикальная передача микробиоты для укрепления потомства открывает новые технологические возможности в селекции сельскохозяйственных культур.

Вывод

Исследование демонстрирует, что микробиом семян является потенциальной мишенью для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к климатическому стрессу устойчивым способом. Эта работа закладывает основу для понимания взаимодействия «растение–микробиом–среда» и инженерии микробиома семян.

Исследование опубликовано в журнале Microbiome.