Феромоны червей защищают основные сельскохозяйственные культуры
Исследователи из Boyce Thompson Institute обнаружили, что соединения из неожиданного источника — микроскопических почвенных круглых червей (нематод) — могут помочь защитить урожай от патогенов без использования токсичных пестицидов.
Как описано в исследовании, опубликованном в майском выпуске 2019 года Journal of Phytopathology, эти соединения помогли защитить основные культуры от различных патогенов и могут спасти миллиарды долларов, повышая устойчивость сельского хозяйства.
Команда под руководством старшего научного сотрудника BTI Мурли Манохара и профессоров Дэниела Клессига и Фрэнка Шрёдера исследовала влияние метаболита круглых червей под названием ascr#18 на здоровье растений.
Ascr#18 принадлежит к семейству феромонов аскарозидов, которые производятся многими почвенными видами круглых червей для химической коммуникации.
Исследователи обработали небольшим количеством ascr#18 растения сои (Glycine max), риса (Oryza sativa), пшеницы (Triticum aestivum) и кукурузы (Zea mays), а затем заразили их вирусом, бактерией, грибком или оомицетом. Через несколько дней обработанные растения показали значительно более высокую устойчивость к патогенам по сравнению с необработанными.
"Корни растений постоянно подвергаются воздействию круглых червей в почве, поэтому логично, что растения эволюционировали, чтобы чувствовать вредителя и заранее подготавливать свою иммунную систему в ожидании атаки", — говорит Шрёдер.
Поскольку аскарозиды усиливают иммунную систему растений, а не убивают вредителей и патогены, они не являются пестицидами и, вероятно, будут намного безопаснее многих современных средств защиты.
"Аскарозиды — это природные соединения, которые, по-видимому, безопасны для растений, животных, людей и окружающей среды. Я считаю, что они могут обеспечить растениям более экологичную защиту", — говорит Клессиг.
В предыдущих работах было показано, что ascr#18 и другие аскарозиды повышают устойчивость томата, картофеля, ячменя и Arabidopsis.
"Расширив работу на основные культуры и сосредоточившись на их наиболее значимых патогенах, это исследование устанавливает потенциал аскарозидов для повышения сельскохозяйственного производства во всем мире", — говорит Клессиг.
Конкретные примеры защиты:
- Рис: ascr#18 обеспечил защиту от бактерии Xanthomonas oryzae pv. oryzae, вызывающей потери урожая в 10-50% в азиатских странах.
- Пшеница: защищена от грибка Zymoseptoria tritici, одного из самых опасных заболеваний листьев этой культуры.
- Кукуруза: защищена от грибкового патогена Cochliobolus heterostrophus, вызывающего южный гельминтоспориоз листьев.
- Соя: защищена от оомицета Phytophthora sojae (убивающего растения за дни), бактерии Pseudomonas syringae pv glycinea и вируса мозаики сои.
Для обеспечения устойчивости растений к патогенам достаточно чрезвычайно малых концентраций аскарозидов. Интересно, что оптимальная концентрация зависит от вида растения, а не от патогена.
Исследователи полагают, что причина разной оптимальной дозировки, вероятно, связана с рецепторами клеток растений для ascr#18, которые могут различаться по количеству и сродству у разных видов.
В настоящее время группа работает над определением молекулярных механизмов того, как аскарозиды подготавливают иммунную систему растений.
Эти открытия коммерциализируются стартап-компанией Ascribe Bioscience (основанной BTI и Корнелльским университетом) в виде семейства продуктов для защиты урожая под названием Phytalix™.