Бактерии помогают сорго расти во время засух

Ожидается, что разрушительные последствия засух будут усиливаться и учащаться в ближайшие годы. Для защиты мирового продовольственного снабжения ученые обращаются к генной инженерии. Исследователи обнаружили, как изменения в микробиоме — экосистеме бактерий и других микроорганизмов, связанных с корнями растений и окружающей почвой — могут повысить устойчивость растений к засухе.

Стресс от засухи — серьезное препятствие в сельском хозяйстве. Бактерии, связанные с корнями некоторых растений, могут смягчать последствия засухи для роста растений. Понимание причин и сроков изменений в микробиоме может привести к стратегиям, которые максимально используют эту естественную защиту от засухи и повышают продуктивность растений во всем мире.

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли, Калифорнийского университета в Дэвисе, Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Исследовательского и образовательного центра сельского хозяйства Керни изучали микробное сообщество, связанное с сорго. Эта важная биоэнергетическая и кормовая культура в США также является основным продуктом питания в развивающихся странах.

Команда еженедельно отбирала образцы растений сорго в течение четырех месяцев, когда поля испытывали засушливые условия. Они сравнили, как менялись микробиом сорго и метаболом корней растений за это время. Было обнаружено, что засуха в первую очередь увеличивает численность и активность монодермных актинобактерий как в почве, окружающей корни, так и в растительной ткани.

Метатранскриптомные исследования активности генов (профиль экспрессии генов в масштабах всего сообщества) показали, что в условиях засухи эти монодермные бактерии увеличивают транскрипцию генов, связанных с транспортом метаболитов. Используя газовый хроматограф-масс-спектрометр в EMSL (Лаборатория экологической молекулярной науки, пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США), команда дополнительно охарактеризовала метаболиты корней сорго и соотнесла их со значительными изменениями в почвенных бактериях.

Результаты привели ученых к выводу, что сорго в условиях стресса от засухи выделяет метаболиты, которые отбирают монодермные актинобактерии в окружающей корневой зоне, и эти бактерии могут позволить сорго лучше справляться со стрессом от засухи. Это открытие может дать представление о том, как такие растения, как сорго, управляют почвенными микробиомами или влияют на них, что, в свою очередь, может способствовать устойчивости растений к засухе.

Работа является частью проекта Epigenetic Control of Drought Response in Sorghum (EPICON), который направлен на глубокое понимание устойчивости сорго к засухе в полевых условиях и прокладывает путь к увеличению производства биоэнергетических культур на маргинальных землях.