На мискантусе ученые проверили теорию о том, могут ли сами растения привлекать полезных эндофитных микробов.
Растения часто образуют сообщества с микроорганизмами в корнях, что влияет на их здоровье и развитие. Хотя привлечение микробов продиктовано несколькими факторами, неясно, играет ли роль генетическая изменчивость растений-хозяев. В новом исследовании ученые сосредоточились на этом аспекте.
Группа исследователей из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн в сотрудничестве с коллегами из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) провели изыскания на разновидностях мискантуса.
«Раньше исследователи смотрели только на то, какие микробы присутствуют в растениях, но не на то, что может стимулировать формирование этих сообществ и как мы могли бы контролировать эти факторы посредством селекции растений», — говорит Анджела Кент (CABBI), профессор природных ресурсов и наук об окружающей среде.
Микробы образуют сложные сообщества, называемые микробиомами, внутри и вокруг корней растений. Растения -хозяева могут определять, какие микробы попадут в их корни (известные как эндофиты), используя химические сигналы. Растения также способны изменять свойства почвы вокруг корней, чтобы влиять на то, какие микробы могут расти вокруг поверхности корня или ризосферы.
Однако чтобы разводить растения на основе того, с какими микробами они связаны, исследователям сначала необходимо понять, в какой степени геномы растений могут влиять на микробиом ризосферы.
Исследователи изучили два местных вида мискантуса — Miscanthus sinensis (мискантус китайский) и Miscanthus floridulus (мискантус обильноцветущий). Эти растения считаются биоэнергетическими культурами, поскольку для достижения обильной биомассы им требуются более низкие концентрации питательных веществ по сравнению с традиционными культурами.
Исследование проводилось на 16 участках по всему Тайваню и включало ряд условий окружающей среды, таких как горячие источники, горные вершины и долины, чтобы представить все возможные экстремальные условия окружающей среды. Исследователи собрали 236 образцов почвы ризосферы случайно выбранных растений мискантуса, а также выделили микробиом внутри корней.
«Хотя масштаб этого исследования был беспрецедентным, мы помнили о правилах защиты и карантина растений. Мы обрабатывали образцы на Тайване, чтобы извлечь эндофитное микробное сообщество и собрать ризосферный микробиом», — поясняет Кент.
Ученые использовали два типа методов секвенирования ДНК. Микробиомы в корнях и вокруг них были идентифицированы с использованием последовательности ДНК генов рРНК бактерий и грибов с упором на ту часть генома, которая уникальна для каждого вида. Вариации генома растений измерялись с помощью микросателлитов — небольших фрагментов повторяющейся ДНК, позволяющих различать даже близкородственные популяции растений.
«Образцы были собраны 15 лет назад, когда проект был слишком сложным для возможностей секвенирования на тот момент. Поскольку стоимость секвенирования снизилась, это позволило нам вернуться к данным и более внимательно изучить микробиом. мы также случайно извлекли растительную ДНК и смогли использовать ее в качестве ресурса для генотипирования наших популяций мискантуса», — рассказывает Анджела Кент.
После современных исследований последовательности генома хозяина выяснилось, что растений действительно влияют на основной микробиом.
Хотя микробиомы растений очень разнообразны, основной микробиом представляет собой совокупность микробов, которые встречаются в большинстве образцов определенного набора растений. Считается, что эти микробы играют важную роль в организации того, какие другие микробы связаны с растением, и помогают росту хозяина.
Основной микробиом, который исследователи обнаружили в мискантусе, включал азотфиксирующие бактерии – их мискантус привлекал и «разводил» очень активно. Эти микробы помогают растениям усваивать азот, который является жизненно важным питательным веществом.
Исследователи намерены выяснить, какие гены играют роль во влиянии на микробиом, и для этого им, вероятно, придется секвенировать весь геном мискантуса и вычленить гены, ответственные за коллаборацию с азотфиксирующими микробами.
«Селекция сельскохозяйственных культур основана на урожайности. Однако нам нужно взглянуть шире и подумать, как микробы могут способствовать устойчивости сельскохозяйственных культур. Привлекательность работы с дикими растениями заключается в том, что существует огромное количество генетических вариаций, на которые стоит обратить внимание. Мы можем определить, какие варианты хороши для привлечения азотфиксирующих микробов, потому что мы можем использовать меньше удобрений для этих культур. Это захватывающая возможность, когда мы приступаем к адаптации конкретно мискантуса для биоэнергетических целей», - заключила Кент.
(Источник: University of Illinois at Urbana-Champaign. Автор: Ананья Сен. Фото: Л. Брайан Стауффер).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.
