Ученые создадут симбиоз зерновых с микробиотой

Команда ученых Оксфордского и Кембриджского университетов (Великобритания) создала новые сигнальные сети, позволяющие злаковым культурам находить «общий язык» с бактериями, обитающими в прикорневой зоне (так называемой ризосфере). Это, в свою очередь, сулит в будущем разработку потенциально новых сортов растений, использующих все преимущества симбиоза с почвенными бактериями.

В работе, опубликованной в журнале Nature Communications, команда ученых, состоящая из растениеводов, микробиологов и химиков, рассказывает о том, как с помощью различных методов синтетической биологии удалось спроектировать и создать молекулярный «диалог» между растениями и бактериями в ризосфере. Подобная сигнальная система может стать важным шагом в успешной разработке азотфиксирующего симбиоза в злаковых растениях, таких как пшеница и кукуруза.

«Растения влияют на микробиоту в своей ризосфере, посылая химические сигналы, привлекающие или подавляющие определенные микроорганизмы. Создание злаковых культур, способных общаться и контролировать бактерии в своей корневой системе может потенциально позволить им воспользоваться всеми преимуществами этих бактерий, включая и фиксацию азота», — отметил доктор Барни Геддес (Barney Geddes), один из ведущих авторов исследования.

Для выполнения поставленной задачи ученые взяли группу соединений, производимую бактериями в корневых узелках бобовых, называемых ризопинами. На этом этапе сильно помогло создание стереселективного синтеза ключевого ризопина доктором Амелией Джоффрин (Amelie Joffrin) из Оксфордского университета, благодаря чему удалось перенести синтетическую сигнальную систему на другие растения, включая и злаковые, а также добиться химического ответа в ризосфере последних на сигналы ризопинов.

Ключевым преимуществом данного открытия является то, что лишь определенные, заранее «запрограммированные» растения смогут воспользоваться помощью бактерий. Это означает, что сорняки, которые сейчас получают все бенефиты от используемых в полях удобрений, уже не смогут воспользоваться симбиозом растения с бактериями просто потому, что не умеют «общаться» на молекулярном уровне с последними.

Следующим этапом является проверка в лабораториях того, как растения контролируют ключевые процессы в корневых бактериях, такие как фиксация азота, растворимость фосфора и стимулирование роста.