Живые бактерии защищают растения от инфекций

Живые бактерии защищают растения от инфекций

Микроорганизмы, живущие в корнях растений, объединяются, чтобы стимулировать рост растения и устойчивость к стрессам. Международная исследовательская группа во главе с Нидерландским институтом экологии (NIOO-KNAW) и Wageningen UR сообщает о своем открытии в сегодняшнем выпуске научного журнала Science .

Определенные виды «резидентных» бактерий могут защитить корни растений от грибковых инфекций. Исследователи из Нидерландов (Вагенинген, Лейден, Роттердам), Бразилии, Колумбии и Соединенных Штатов сделали это открытие, используя метагеномику: форму ДНК-технологии, которая анализирует гены из окружающей среды, чтобы выявить ранее скрытое разнообразие местного микробного сообщества.

«Это беспрецедентно, что мы смогли восстановить состав и функции этого сообщества в корнях растений, основываясь исключительно на секвенировании ДНК», — говорит последний автор исследования и руководитель исследования, Йос Рааймейкерс из NIOO-KNAW.

Устойчивое растениеводство

«Бактерии необходимы для функционирования растений, животных и людей», — утверждает Рааймейкерс. «Наша главная цель состояла в том, чтобы обнаружить микроорганизмы внутри корней, которые рекрутируются растением, когда оно подвергается нападению грибковых патогенов. Наше исследование представляет собой большой шаг вперед для разработки более устойчивых систем растениеводства с меньшим количеством пестицидов».

Так что же происходит с корнями растений, когда они находятся на грани заражения? Исследователи обнаружили, что «руки помощи» внутри корней начинают производить все виды полезных веществ. Хитиназы, например: ферменты, которые разрушают клеточные стенки атакующих патогенных грибков.

Это открытие позволило исследователям разработать специальные микроскопические резервные группы для растений, используя виды Chitinophaga и Flavobacterium . Эксперименты на сахарной свекле последовательно доказали эффективность этого подхода в подавлении грибковых инфекций корней.

Генетическая сокровищница

«Оказалось, что микроорганизмы, живущие в корнях, обладают множеством неизвестных до сих пор генетических свойств», — говорит Рааймейкерс. Новое программное обеспечение, разработанное исследователями из Wageningen University & Research (WUR), облегчает сравнение ДНК тысяч видов одновременно.

Используя этот метод, исследователи обнаружили более 700 неизвестных кластеров генов, которые производят уникальные вещества. Только двенадцать были зарегистрированы в мировых базах данных. Raaijmakers: «Мы обнаружили настоящую сокровищницу, свойства которой мы еще даже не знаем, для чего она нужна. Это только верхушка айсберга».

Исследователь NIOO подчеркивает, что эти открытия были возможны только благодаря междисциплинарному подходу исследования: «В него вошли экологи, а также микробиологи, молекулярные биологи, биоинформатики и статистики».

Исследования группы являются частью проекта BackToRoots, который получил финансирование от AES Domain (Прикладные и инженерные науки) голландского исследовательского совета. BackToRoots направлен на повышение роста и продуктивности растений путем изучения полезных микробных сообществ, в том числе найденных у диких предков наших современных культур.

Нидерландский институт экологии (NIOO-KNAW) является одним из крупнейших исследовательских институтов Королевской академии искусств и наук Нидерландов (KNAW). Институт специализируется на экологии воды и суши. С 2011 года институт расположен в инновационном и устойчивом исследовательском здании в Вагенингене, Нидерланды. NIOO имеет впечатляющую историю исследований, которая насчитывает 60 лет и охватывает всю страну и за ее пределами.