Грибы усиливают корни сельскохозяйственных культур и могут стать «биоудобрением» будущего

Новое исследование показало, что взаимодействие корней с обычным почвенным грибом меняет генетическую экспрессию риса, вызывая дополнительный рост корней. Это позволяет растению поглощать больше питательных веществ.

Микоризный гриб не только стимулирует рост корней, но и проникает в них на клеточном уровне, разрастаясь внутри отдельных клеток растения. Гриб образует тонкие нити — гифы, которые простираются в почву и доставляют питательные вещества (особенно фосфат) прямо в клетки.

Растения, «колонизированные» грибом, получают от 70 до 100% фосфата непосредственно через гифы. Это значительная минеральная подпитка, которая в будущем может снизить потребность фермеров в насыщении полей фосфатными удобрениями для получения максимального урожая.

Учёные надеются, что микоризные грибы смогут действовать как «биоудобрение», заменяющее добытый промышленным способом фосфат. Поиск замены — критически важная задача, поскольку:

• Фосфатные удобрения являются загрязнителем, вызывающим рост водорослей.
• Крупные месторождения фосфатов истощены и, по прогнозам, будут исчерпаны в ближайшие 30–50 лет, что грозит «фосфатным кризисом».

«Мы пытаемся выяснить, можем ли мы использовать биоудобрительные свойства микоризного симбиоза в современных условиях интенсивного земледелия. Нам нужны альтернативы фосфатным удобрениям, чтобы прокормить растущее население», — говорит соавтор исследования доктор Ута Пашковски из Кембриджского университета.

Исследование впервые на молекулярном уровне изучило единицы построения корневой системы взрослых растений риса (как модели для злаков). «Архитектура» корня включает несколько крупных коронных корней, от которых отходят более мелкие боковые корни.

Учёные обнаружили, что у растений с грибом меняется генетическая экспрессия. Это смягчает клеточные стенки в коронных корнях и стимулирует рост большего числа боковых корней, способных поглощать больше питателей. Это дополняет поставку фосфата через гифы, которые сами действуют как дополнительные корни (в обмен гриб получает от растения углеводы).

«Растения с корнями, способными исследовать наибольшую площадь почвы, поглощают больше питательных веществ и, вероятно, дают больший урожай. Определив, какие части генома отвечают за лучшую корневую систему, мы сможем начать селекцию на оптимальную "архитектуру" корней», — поясняет Пашковски.

Хотя рис обычно выращивают на залитых полях, 40% мировых посевных площадей под ним — «сухие». Симбиоз с грибом, усиливающий урожай, лучше всего работает именно в засушливых условиях. Это может принести огромную пользу бедным регионам Азии и Африки к югу от Сахары.

Главное препятствие — саморегуляция растений: если у растения достаточно фосфата, оно не позволяет грибу проникнуть в корни. Поэтому сейчас симбиоз и традиционное удобрение несовместимы.

«Мы работаем над способами обойти эту блокировку, чтобы симбиоз можно было использовать в сельском хозяйстве развитых стран», — говорит Пашковски.

Микоризные грибы широко распространены в почвах по всему миру и входят в состав многих «био»-удобрений для садоводов, но ещё не применяются в промышленном сельском хозяйстве.