Микроорганизмы, живущие в корнях растений, объединяют свои усилия для ускорения роста растений и повышения устойчивости к окружающей среде. Международная исследовательская группа во главе с Нидерландским институтом экологии (NIOO-KNAW) и Университетом Вагенингена сообщает о своем открытии в недавнем выпуске известного научного журнала Science.
Некоторые виды "резидентных" (живущих внутри растения) бактерий могут защитить корни растений от грибковых инфекций. Исследователи из Нидерландов (Вагенингенген, Лейден, Роттердам), Бразилии, Колумбии и США сделали это открытие с использованием метагеномики: формы ДНК-технологии, которая анализирует гены из окружающей среды для выявления ранее скрытого разнообразия местного микробиологического сообщества.
"Мы смогли реконструировать состав и функции этого сообщества в корнях растений исключительно на основе ДНК-секвенирования", - говорит автор и руководитель исследования, Джос Рааймейкерс из NIOO-KNAW.
Устойчивое растениеводство
"Бактерии необходимы для функционирования растений, животных и людей", - утверждает Рааймейкерс. "Нашей основной целью было обнаружение микроорганизмов внутри корней, которые рекрутируются растением, когда оно подвергается воздействию грибковых патогенов. Наше исследование является большим шагом вперед в развитии более устойчивых систем растениеводства с меньшим количеством пестицидов".
Так что же именно происходит в корнях растений, когда они находятся на грани заражения? Исследователи обнаружили, что "помогающие руки" внутри корней начинают производить всевозможные полезные вещества. Например хитиназы - ферменты, разрушающие клеточные стенки патогенных микроорганизмов и поражающих грибковых микроорганизмов.
Это открытие позволило исследователям разработать специальные микроскопические резервные войска для растений с использованием хитинофагов и флавобактерий. Эксперименты на сахарной свекле неоднократно доказывали эффективность данного подхода в подавлении грибковых инфекций корнеплодов.
Хранилище генетических сокровищ
"Микроорганизмы, живущие в корнях, также оказались богаты неизвестными до сих пор генетическими свойствами", - говорит Рааймейкерс. Новое программное обеспечение, разработанное исследователями Вагенингенского университета и исследователей (WUR), облегчает сравнение ДНК тысяч видов одновременно.
Используя этот метод, исследователи обнаружили более 700 неизвестных кластеров генов, которые производят уникальные вещества. До настоящего времени во всемирных базах данных было зарегистрировано только двенадцать. Раймейкеры: "Мы обнаружили настоящую сокровищницу свойств, о функциях которой мы пока даже не знаем. Это только верхушка айсберга."
Исследователь NIOO подчеркивает, что эти открытия стали возможны только благодаря междисциплинарному подходу исследования: "Она включала экологов, а также микробиологов, молекулярных биологов, специалистов по биоинформатике и статистике."
Исследования команды являются частью проекта BackToRoots, который получил финансирование от голландского исследовательского совета AES Domain (Applied & Engineering Sciences). BackToRoots нацелена на улучшение роста и продуктивности растений путем изучения полезных микробных сообществ, в том числе сообществ диких предков наших современных сельскохозяйственных культур.
Нидерландский институт экологии (NIOO-KNAW), насчитывающий более 300 сотрудников и студентов, является одним из крупнейших научно-исследовательских институтов Королевской академии наук и искусств Нидерландов (KNAW). Институт специализируется в области экологии воды и земли. С 2011 года институт расположен в инновационном исследовательском здании в Вагенингенге, Нидерланды. НИИОО имеет внушительную историю исследований, которая насчитывает 60 лет и охватывает весь мир.