Флавоноиды в корнях сорго могут привести к созданию морозоустойчивой культуры

Согласно исследователям из Penn State, флавоноидные соединения, производимые корнями некоторых растений сорго, положительно влияют на почвенные микроорганизмы. Это открытие — ранний шаг к выведению морозоустойчивой линии этой ценной культуры для фермеров Северной Америки.

Это важно, поскольку сорго — культура, способная отвечать на изменение климата благодаря высокой эффективности использования воды и азота. Являясь близким родственником кукурузы, это пятая по ценности зерновая культура в мире.

«Сорго можно использовать для питания людей и корма животных, а также выращивать как биоэнергетическую культуру, производящую больше этанола, чем кукуруза, на маргинальных землях. Сорго лучше, чем кукуруза, адаптировано к стрессам, таким как засуха, засоление и жара. Но расширение производства сорго требует повышения его устойчивости к холодовому и морозному стрессу, особенно на северо-востоке США».

Для реализации полного потенциала сорго необходимо пять месяцев роста после посадки в первую неделю июня. Если мороз наступит в начале октября (что не редкость на северо-востоке США), фермеры могут понести большие потери. Из-за высокой чувствительности сорго к холоду даже легкий заморозок или раннее похолодание могут погубить урожай.

Более ранние исследования группы Чопры показали, что сорго производит мощные флавоноиды в листьях при воздействии стрессов, таких как грибки, питание насекомых или мороз. Эти флавоноиды позволяют растению адаптироваться и выжить. Группа Бранс изучала почвенные микробиомы в различных стрессовых экосистемах.

Вместе исследователи проверяют, могут ли взаимодействия между этими флавоноидами и микроорганизмами в корневой зоне привести к созданию сортов сорго и совместимых почвенных микробных добавок, обеспечивающих устойчивость к холоду и морозу.

В этом исследовании ученые обнаружили доказательства того, что генетическая вариация растений влияет на корневые флавоноиды и состав сообщества почвенных микроорганизмов, а низкие температуры влияют на эти взаимосвязи. Они утверждают, что взаимодействия «растение-микроб» и производство вторичных метаболитов могут быть важными компонентами для селективного разведения сорго на устойчивость к морозному стрессу.

«Мы считаем, что флавоноиды могут обеспечить необходимую устойчивость к стрессу от холода и мороза. Кроме того, определенные микроорганизмы, присутствующие в почве, могут взаимодействовать с флавоноидами, чтобы обеспечить адаптацию растения, когда оно ощущает холод или мороз над землей».

Исследователи выращивали отобранные линии сорго из семян, полученных из Лаборатории исследований зерна, кормов и биоэнергетики USDA. Это были «почти изогенные» линии сорго — одинаковые, за исключением двух генов, участвующих в производстве флавоноидов:

• Одна группа линий изначально производила флавоноиды.
• Вторая группа не имела генов для производства флавоноидов.
• Третий тип производил флавоноиды только при воздействии на растения стресса, такого как мороз и грибковые патогены.

Исследователи проанализировали сообщество микроорганизмов в почвах вокруг корней, чтобы выяснить, влияет ли наличие или отсутствие флавоноидов в корнях некоторых растений сорго на сообщества грибов и бактерий. Оценку микробиомов вблизи корней до и после позднего осеннего заморозка провела ведущий исследователь.

Корни анализировали на общее содержание флавоноидов, общих фенолов и антиоксидантную активность, чтобы определить, влияет ли генетическая вариация сорго на концентрацию флавоноидов в корнях и почвенные микробные сообщества. Исследователи хотели выяснить, как мороз влияет на эти взаимосвязи.

«Мы обнаружили, что большее количество бактериальных штаммов коррелировало с общими флавоноидами по сравнению с видами грибов. В целом, это исследование доказывает, что генетическая вариация растений влияет на корневые флавоноиды и состав сообщества почвенных микроорганизмов вблизи корней растения, и что эти взаимосвязи подвержены влиянию мороза».