Определены ключевые приоритеты исследований сельскохозяйственных микробиомов
Координированное усилие по изучению микробиомов растений может улучшить здоровье растений и продуктивность сельского хозяйства. Об этом говорится в новой перспективной статье, опубликованной 28 марта в открытом журнале PLOS Biology Пози Басби из Университета штата Орегон и её коллегами из восьми других исследовательских институтов.
Подобно людям, растения живут в тесном контакте с микробами, включая полезные бактерии и грибы, которые усиливают рост растений и устойчивость к болезням. Хотя важность отдельных видов бактерий, таких как фиксирующие азот ризобии бобовых, широко известна, относительно мало известно о структуре, функции и нарушениях сложных микробных сообществ, окружающих корни и обитающих на листьях.
Чтобы понять, как можно использовать полезные микробы в устойчивом сельском хозяйстве, Басби и коллеги призывают к созданию проекта по изучению микробиома растений по аналогии с недавно завершённым проектом «Микробиом человека». Такой проект предоставит референсный набор последовательностей геномов микробов растений для разработки новых инструментов их анализа. Усилия будут сосредоточены на понимании взаимосвязей, влияющих на рост растений и способных помочь сельскохозяйственному производству, включая эффективность использования питательных веществ, устойчивость к стрессам и устойчивость к болезням. Авторы отмечают, что, хотя некоторая работа уже проделана, «не было скоординированных усилий для консолидации и перевода новых идей в практические решения для фермеров».
С этой целью они предлагают набор из пяти широких исследовательских приоритетов:
- Разработать модельные системы микробиома хозяина для сельскохозяйственных и нес/х культур. Необходимы несколько моделей, чтобы охватить весь спектр культур, включая зерновые, овощи, фрукты и экономически важные виды деревьев. Инструменты для создания и работы с этими системами, а также данные, полученные от них, должны быть доступны в общедоступных базах данных.
- Определить «основной микробиом» — набор организмов, встречающихся в большинстве образцов определённой группы растений, чтобы выявить взаимосвязи, которые следует изучить в приоритетном порядке. Сравнение основных микробиомов, вероятно, позволит глубже понять как генетические, так и экологические влияния на состав микробиома.
- Понять правила сборки и устойчивости микробиома. В рамках этой цели авторы рекомендуют уделить приоритетное внимание исследованиям, направленным на создание синтетических микробных сообществ, которые могут успешно колонизировать органы растений и сохраняться в естественной среде достаточно долго, чтобы принести пользу хозяину.
- Определить функциональные механизмы, действующие во взаимодействиях сельскохозяйственного микробиома, чтобы понять, как эти взаимодействия способствуют обмену питательными веществами, устойчивости к засухе и другим особенностям активности микробиома.
- Охарактеризовать сложные взаимодействия между генотипом растения, факторами окружающей среды, стратегиями управления фермой и составом микробиома, чтобы понять, как каждый из них влияет на другой. Авторы указывают, что определение «здорового» или «полезного» микробиома может зависеть от конкретных экологических проблем, с которыми сталкивается растение. Альтернативно, может существовать «универсальный» микробиом, состав которого способствует росту и здоровью в широком диапазоне условий.
«Как никогда ранее, сейчас есть инструменты, технологии и финансирование для решения фундаментальных вопросов в исследованиях сельскохозяйственных биомов», — заключают они. «Поощряя реализацию этих пяти ключевых исследовательских приоритетов, мы стремимся ускорить разработку методов манипулирования и управления сельскохозяйственным микробиомом, которые повысят устойчивость и продуктивность мирового сельского хозяйства».