Лучшее понимание того, как растения и микробы работают вместе, сохраняя огромное количество атмосферного углерода в почве, поможет в разработке лучших биоэнергетических культур для борьбы с изменением климата. Однако расшифровка механизма этих взаимовыгодных отношений является сложной задачей, поскольку ученым чрезвычайно сложно воспроизвести условия в природе в лаборатории. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) создали искусственные экосистемы или EcoFAB.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, показано, как эти пластиковые ростовые камеры размером с коробку потенциально могут предоставить ученым всего мира стандартизированную и воспроизводимую платформу для проведения экспериментов на модельных растениях и микробах, живущих вокруг их корней. Это, в свою очередь, может ускорить исследования по разработке улучшенных биоэнергетических культур, способных расти на бедных питательными веществами почвах и поглощать больше углерода из атмосферы, чем это возможно в настоящее время.
«Главная идея EcoFAB заключается в том, что существует реальная потребность в платформе для исследований микробиома растений, которая позволит ученым лучше обмениваться данными и опираться на работу друг друга, — говорит Властимил Новак, ведущий автор статьи и научный сотрудник проекта в Беркли из Отдела экологической геномики и системной биологии лаборатории (EGSB). - На данный момент около 20 лабораторий используют наши устройства, но со временем мы хотели бы сделать их более доступными для всех в мире».
Для исследования Новак и его коллеги использовали EcoFAB, чтобы проверить, как различные формы азота влияют на выработку органических веществ, выделяемых корнями Brachypodium или «коротконожки», злаковой травы, используемого в качестве модели биоэнергетических трав.
Азот необходим для роста растений, и Новак заметил, что его связь с корневой экссудацией или типами соединений, вырабатываемых корнями растений, недостаточно изучена у этого вида трав.
Тогда команда провела эксперименты по снабжению Brachypodium различными источниками азота — аммонием, нитратом или их комбинацией — и ученые наблюдали изменения в составе корневого экссудата. Они обнаружили, что различные уровни азота влияют на тип соединений, вырабатываемых корнями, и что растения лучше всего растут, когда получают и аммоний, и нитрат.
Одним интересным открытием было производство дофамина в корневых экссудатах только тогда, когда одновременно присутствовали и аммоний, и нитрат. Это говорит о том, что определенные условия питания влияют на выработку определенных метаболитов, которые, в свою очередь, могут повлиять на рост растений.
«Результаты этого исследования могут стать основой для практики управления питательными веществами, по сути говоря, что для Brachypodium или подобных трав важно одновременно поставлять как аммоний, так и нитраты для оптимального роста. Это также дает нам представление о некоторых довольно интересных органических соединениях в корневом микробиоме, которые предстоит исследовать в будущем», - сказал ученый.
EcoFAB в конечном итоге можно будет объединить с достижениями в области робототехники и обучения искусственному интеллекту, чтобы значительно увеличить скорость открытий в исследованиях микробиома растений. Еще одна многообещающая разработка в лаборатории Беркли — это так называемая EcoBOT, автоматизированная роботизированная система, которая может автономно проводить эксперименты с EcoFAB.
«В конечном итоге мы могли бы проводить эксперименты на компьютере, и тогда он сделает все за вас», — сказал Пит Андир, ученый-исследователь EGSB, который работал над созданием EcoFAB. - Это будет конечная цель: интеграция этих устройств EcoFAB с системой EcoBOT».
Сейчас исследователи привлекают к сотрудничеству школы и колледжи, чтобы учащиеся могли проводить биологические эксперименты при помощи этой ростовой камеры, такие опыты стимулируют интерес к биологии и лабораторным исследованиям.
Источник и фото: Lawrence Berkeley National Laboratory. Автор: Уилл Фергюсон.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.
