Протисты, широкий класс обычно одноклеточных организмов, включающий водоросли и амебы, из-за своего разнообразия и распространенности играет жизненно важную роль практически в каждой экосистеме на нашей планете. А для сои протисты смогли бы обеспечить новый способ доставки полезных бактерий по всей корневой системе
Новое исследование под руководством Криса Хоксхерста и Дэниела Гейджа из Калифорнийского университета в Коннектикуте выявило один из способов, которым протисты поддерживают рост растений, - они перенаправляют полезные азотфиксирующие бактерии глубоко в их корневую систему. Команда недавно опубликовала свои выводы в журнале Applied and Environmental Microbiology.
«Образно концепция выглядит как мамы в минивэнах, перевозящие детей с места на место, - поясняет Лесли М. Шор, соавтор научной работы и эксперт по почвенным экосистемам с многолетним опытом. – Этот проект начался с гранта Фонда Билла и Мелинды Гейтс для изучения способности простейших перемещать полезные бактерии вокруг корней, полученный командой в 2014 году. Это был первый раз, когда мы получили финансирование, чтобы изучить возможность использования протистов для намеренного смешивания или перемещения бактерий или других вещей в недрах почвы. Финансирование позволило перейти от просто нестандартной идеи к конкретным исследованиям».
По мере развития проекта к нему присоединялись специалисты из других отраслей, таких как химическая инженерия. Межотраслевое сотрудничество исследователей предложило некоторые творческие решения задач визуализации движения микроорганизмов в почве.
Дэниел Гейдж собрал образцы простейших на своем заднем дворе и принес их в лабораторию, создав с коллегами колонию живых материалов для эксперимента. Чарльз Бриджес, исследователь с докторской степенью, разработал бактерии, которые светятся красным, чтобы их можно было визуально отслеживать.
Хоксхерст и Шор, будучи компетентными в инженерии, создали устройства, которые позволили команде наблюдать за переносом бактерий вдоль растущих корней в реальной почвенной системе, а также компьютерную программу, необходимую для обработки тысяч отдельных цифровых микрофотографий в значимые пространственные данные.
Ученые обнаружили, что присутствие протистов значительно расширило доступ полезных бактерий вдоль корневой системы небольшого бобового растения Medicago truncatula (люцерна усеченная). Подтверждение идеи и этого эффекта прокладывает путь для будущих экспериментов, чтобы продемонстрировать надежность протистов в сельскохозяйственных условиях, таких как соевое поле.
«Соевые бобы – наша целевая культура в исследовании, причем, они зависят от того же типа симбионта, который мы использовали. Соя является родственником люцерны усеченной, - говорит Гейдж. - Сельскохозяйственные семена часто инокулируют полезными бактериями, призванными способствовать росту и устойчивости растений. Добавление к этой инокуляции цист протистов - стабильной стадии покоя протистов - может повысить эффективность добавленных бактерий, гарантируя, что они достигнут того места, где растение больше всего в них нуждается. И эта действительно «зеленая» технология - в ней нет рекомбинантной ДНК, это всего лишь прямая биология почвы — если появится что-то подобное, то это позволит семеноводческим компаниям увеличить производство инокулянтов нового поколения, думаю, что рынок может быть очень большим».
На фото UC1, одноклеточного простейшего, представленного в этом исследовании, кормили красными и зелеными бактериями, чтобы подчеркнуть его пищевую активность. Автор фото: Дэниел Гейдж. Фото предоставлено University of Connecticut.
Шор также с оптимизмом смотрит на то, как простейшие могут способствовать глобальному переходу к более устойчивому сельскому хозяйству: «Мы знаем, что методы ведения сельского хозяйства с нулевой обработкой почвы, устойчивы и удерживают в почве гораздо больше углерода, который в противном случае попал бы в атмосферу. Но для того, чтобы беспахотное земледелие работало, вы должны чтобы перемещать вещества через почву и достигать корней растений. Таким образом, эта транспортная технология - доставка полезных бактерий с помощью протистов – то, что нужно».
Исследователи связались со Службой коммерциализации технологий UConn (TCS) для защиты интеллектуальной собственности, связанной с их технологией, которая теперь запатентована.
Ана Фиданцеф, представитель TCS по связям с промышленностью и сама биолог растений, очень воодушевлена потенциалом технологии и ожидает значительный интерес со стороны отрасли: «Почвенные микробиомы сейчас являются актуальной темой. Отлично, что наши патенты определенно могут не только привлечь внимание к этой замечательной системе, но и использовать ее богатство, чтобы помочь накормить мир».
(Источник: University of Connecticut).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.