Термостойкие биоудобрения помогают сельскохозяйственным культурам справиться с повышением температуры, но существуют определенные сложности, связанные с их производством.
Исследование Национального института квантовой науки и технологий (Япония) показало, что сочетание экспериментальной эволюции с контролируемым гамма-излучением может ускорить создание термостойких азотфиксирующих бактерий, сократить сроки разработки и получить адаптированные к климату микробные продукты для сельского хозяйства, пищевой промышленности, фармацевтики и производства биотоплива.
Объект исследования и ход эксперимента
В ходе исследования была изучена азотфиксирующая бактерия Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110. Лучшая температура для ее культивирования составляет около 32–34 °C, рост останавливается при ≈36 °C. Исследователи постепенно повышали температуру культивирования с 34 до 37 °C в течение 76–83 дней и облучали популяции бактерий 10 раз различными дозами, после чего отбирали линии, которые продолжали формировать устойчивые колонии при 36 °C.
Результаты и их практическое применение
При дозе около 40 Гр было получено наибольшее количество стабильных, термостойких линий, тогда как более высокие дозы (80–120 Гр) первоначально давали более толерантные линии, но с меньшими колониями и признаками, которые исчезали при ослаблении отбора, что соответствует избытку вредных мутаций. Метод позволяет исследователям регулировать мутационную нагрузку таким образом, чтобы отдавать предпочтение полезным изменениям, сохраняя при этом общую приспособленность.
Геномный анализ лучших образцов выявил изменения в двух ключевых генах в независимо эволюционировавших линиях: гене 16S рРНК, играющем центральную роль в механизме синтеза белка, и гене rpoC, кодирующем β-субъединицу РНК-полимеразы. Данные мутации помогают бактериям существовать в условиях теплового стресса, что необходимо промышленности при работе с высокими температурами.
Этот подход можно распространить не только на сельское хозяйство, но и на дрожжи, бактерии и микроводоросли, используемые в пищевой промышленности, производстве лекарственных препаратов и биотоплива, что поможет создавать высококачественную продукцию с меньшими экологическими издержками.
Во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят изучение свойств разнообразных микроорганизмов. Ряд грибов и бактерий оказывают негативное воздействие на рост и развитие карантинных вредных организмов, что может лечь в основу создания новых биопрепаратов.
Источник: Yoshihiro Hase et al, Repeated artificial mutagenesis of Bradyrhizobium diazoefficiens by gamma irradiation accelerates the acquisition of high-temperature tolerance, Mutation Research — Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis (2025). DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2025.111919