Генетика растений определяет, какие микроорганизмы они привлекают

Растения часто формируют сообщества с микроорганизмами в корнях, что влияет на их здоровье и развитие. Хотя набор этих микробов зависит от многих факторов, роль генетической вариации растений-хозяев оставалась неясной. Новое исследование Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне проливает свет на этот вопрос, что может помочь повысить продуктивность сельского хозяйства.

Исследование на диких злаках

Учёные изучили два вида диких серебристых трав — Miscanthus sinensis и Miscanthus floridulus, рассматриваемых как потенциальные биоэнергетические культуры из-за их высокой продуктивности при низком потреблении питательных веществ.

• Масштаб: Исследование охватило 16 участков на Тайване с экстремальными условиями — от горячих источников до горных вершин.
• Материал: Было собрано 236 образцов ризосферной почвы и выделен эндогенный микробиом из корней.

Методы анализа

• Микробиом: Идентифицирован с помощью секвенирования генов бактериальной и грибной рРНК.
• Генетика растений: Вариация генома растений оценена по микросателлитам — коротким повторяющимся последовательностям ДНК, позволяющим различать даже близкородственные популяции.

Ключевые результаты

1. Влияние генома на "ядро" микробиома: Генетическая вариация растений-хозяев влияет на формирование основного микробиома — набора микроорганизмов, стабильно встречающихся у большинства растений.

   • У Miscanthus в это ядро входят азотфиксирующие бактерии, ранее обнаруженные у риса и ячменя. Они играют ключевую роль в снабжении растений жизненно важным азотом.

2. Разное влияние на разные зоны:

   • Эндогенный микробиом (внутри корней) сильнее зависит от генетики растения.
   • Ризосферный микробиом (вокруг корней) в большей степени определяется свойствами почвы, хотя растения активнее влияют на отбор грибов.

Значение и перспективы

Исследование открывает путь к селекции растений, направленной на привлечение полезных микроорганизмов.

"Привлекательность работы с дикими растениями заключается в огромном генетическом разнообразии. Мы можем идентифицировать варианты, которые хорошо привлекают азотфиксирующие микробы, чтобы использовать меньше удобрений", — отмечает профессор Анджела Кент.

Следующим шагом учёные видят определение конкретных генов, ответственных за формирование микробиома, что требует полного секвенирования генома Miscanthus.

Исследование опубликовано в журнале Microbiome под заголовком "Host genetic variation drives the differentiation in the ecological role of the native Miscanthus root-associated microbiome".