Бактерии, усиливающие растительные «насосы» против засухи

Внесение определенных типов бактерий в почву может помочь защитить растения от засухи за счет активации протонного насоса в клетках корней.

Два типа бактерий, известных своими ростостимулирующими свойствами, повысили устойчивость растений перца к засухе. Частично они делают это путем гиперактивации насоса, присутствующего в мембране вакуолей клеток корня, что в конечном итоге облегчает поглощение воды из почвы.

Микробный эколог Даниэле Даффонкьо и его коллеги из KAUST и Италии исследовали, влияют ли бактерии, способные придавать растениям устойчивость к засухе, на клеточный вакуолярный протонный насос, который помогает корням поглощать больше воды из почвы.

Вакуолярные протонные насосы — это белки в мембранах клеточных везикул, называемых вакуолями. Эти везикулы выполняют различные функции, включая хранение питательных веществ и отходов. Когда вакуолярные протонные насосы активируются, ионы водорода закачиваются в вакуоль, создавая электрохимический градиент, который увеличивает осмотическое давление внутри вакуоли. Это стимулирует движение воды из почвы в корни.

Команда выбрала для экспериментов два типа бактерий: Bacillus subtilis и Paenibacillus illinoinensis. Эти эндопфитные бактерии живут в тканях растений и обладают свойствами, стимулирующими рост растений и повышающими их устойчивость к засухе. Команда сравнила эффекты выращивания растений перца, которые очень чувствительны к водному стрессу, в нормальных условиях и условиях, имитирующих засуху, с присутствием бактерий и без него.

Они обнаружили, что бактерии успешно колонизируют корни растений перца, усиливают формирование более мощной корневой системы и улучшают фотосинтетическую активность в условиях засухи. При более детальном изучении они впервые обнаружили, что бактерии гиперактивируют вакуолярный протонный насос в растениях, называемый V-PPase.

«Это открытие открывает новую перспективу для улучшения реакции растений на засуху», — говорит биотехнолог KAUST Рамонa Мараско, первый автор исследования. «Результаты демонстрируют, что устойчивость к засухе может быть индуцирована бактериями, которые естественным образом колонизируют ткани растений, а не только путем генетической модификации растений», — добавляет она.

Много исследований сосредоточено на генетической модификации сортов для повышения устойчивости к стрессам, вызванным изменением климата и опустыниванием, объясняет Мараско. Эта устойчивость также может быть обеспечена бактериальными корневыми симбионтами. «Потенциальным следствием нашего исследования является то, что колонизация корневых тканей подходящими штаммами бактерий может помочь сэкономить поливную воду — ценный ресурс в засушливых регионах», — говорит она.

Команда планирует далее проверить, могут ли эти бактерии придавать устойчивость к засухе другим типам сельскохозяйственных культур. Они также изучают, какие предпосылки необходимы для того, чтобы эти микроорганизмы эффективно колонизировали растения, процветали в разных типах почв и конкурировали с другими микробными сообществами.