Бактерии используют серу для солеустойчивости растений

Изучение взаимодействия бактерий и серы ведет к созданию биотехнологий, которые позволят поливать сельскохозяйственные культуры соленой водой.

Бактерия, живущая в корнях некоторых растений, позволяет им хорошо расти в соленых условиях. Ее секретное оружие — запуск метаболизма серы. Это открытие уже помогает разрабатывать новые биотехнологии для орошения сельхозкультур соленой водой, что особенно важно для таких стран, как Саудовская Аравия, зависящих от энергоемкого опреснения.

В 2013 году ученый-растениевод Хериберт Хирт основал в KAUST проект Darwin21, целью которого было использование бактерий пустынных растений для повышения устойчивости сельского хозяйства в засушливых регионах. Это привело к выделению бактерии Enterobacter sp. SA187, которая, как выяснилось, может делать культуры устойчивыми к различным стрессам, включая жару, засуху и засоление.

Команда Хирта проанализировала генетические и метаболические изменения, происходящие внутри SA187 и модельного растения Arabidopsis, при их взаимодействии в нормальных и стрессовых (засоленных) условиях.

Механизм устойчивости:

  • Избыток соли в растениях вызывает выброс активных форм кислорода (АФК), что повреждает клетки и снижает урожайность.
  • Солевой стресс запускает метаболизм серы у бактерий SA187, живущих в корнях Arabidopsis.
  • Бактерии выделяют серные метаболиты, которые, в свою очередь, активируют метаболизм серы в самом растении.
  • Это приводит к выработке ключевого антиоксиданта — глутатиона, который обезвреживает АФК, вызванные солью, позволяя растению расти несмотря на стресс.

Ключевое открытие: Защитную функцию SA187 против солевого стресса можно заменить, напрямую добавляя серные метаболиты, что открывает возможность использования пробиотиков в сельском хозяйстве.

Хирт вместе с молекулярным биологом Маджедом Саадом и коллегами создает стартап, цель которого — предоставить технологии для обработки семян или растений SA187. Это позволит сэкономить средства фермерам и сделать сельское хозяйство на засоленных почвах реальностью.