Научный взгляд: ученые впервые изменили микробиом растений для защиты культур от болезней

Ученые впервые изменили микробиом растений, увеличив количество так называемых хороших бактерий, которые защищают растения от болезней. Результаты исследования помогут существенно снизить использование пестицидов, вредных для окружающей среды, и откроют новые возможности для повышения устойчивости растений к возбудителям болезней.

В последнее время все больше людей осознают важность своего микробиома – огромного количества микроорганизмов, которые живут в теле человека, в первую очередь в кишечнике, и вокруг него. Микробиом кишечника влияет на метаболизм, иммунную систему и даже настроение.

Растения тоже являются местом обитания огромного количества бактерий, грибов, вирусов и других микроорганизмов, которые живут в их корнях, стеблях и листьях. В последнее десятилетие ученые интенсивно исследуют микробиомы растений, чтобы понять, как они влияют на здоровье растений и их уязвимость к болезням.

Международная исследовательская группа выявила, что один конкретный ген, обнаруженный в кластере синтеза лигнина в растении риса, участвует в формировании его микробиома. Лигнин – это сложный полимер, содержащийся в клеточных стенках растений: биомасса некоторых видов растений состоит из лигнина более чем на 30%.

Исследователи заметили, что при деактивации этого гена снижается популяция некоторых полезных бактерий, что подтверждает его важность для формирования микробиомного сообщества. После чего ученые сделали все наоборот: сверхэкспрессировали ген, чтобы он производил больше одного конкретного типа метаболитов – небольших молекул, вырабатываемых растением-хозяином в процессе метаболизма. Это увеличило долю полезных бактерий в микробиоме растения.

Модифицированные растения подверглись воздействию бактерии Xanthomonas oryzae – патогена, вызывающего бактериальное поражение посевов риса, патовары которой являются карантинными объектами для многих стран мира. Изучаемые растения оказались значительно более устойчивыми, чем рис дикого типа.

Бактериальное заболевание, вызываемое возбудителем Xanthomonas oryzae, широко распространено в Азии и ежегодно приводит к значительной потере урожая риса. Для борьбы с данным возбудителем в странах Азии обычно используются пестициды, загрязняющие окружающую среду, поэтому создание культуры с защитным микробиомом может способствовать повышению продовольственной безопасности и защите окружающей среды.

В Российской Федерации изучением карантинных бактерий, поражающих рис и другие культуры, занимаются в научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР»). Исследование подкарантинной продукции на наличие бактерий Xanthomonas oryzae pv. oryzae и Xanthomonas oryzae pv. oryzicola проводят в аккредитованных испытательных лабораториях ФГБУ «ВНИИКР» по оригинальным методическим рекомендациям.

Источник: Pin Su, Houxiang Kang, Qianze Peng, Wisnu Adi Wicaksono, Gabriele Berg, Zhuoxin Liu, Jiejia Ma, Deyong Zhang, Tomislav Cernava, Yong Liu. Microbiome homeostasis on rice leaves is regulated by a precursor molecule of lignin biosynthesis. Nature Communications, 2024; 15 (1). URL: https:doi.org/10.1038/s41467-023-44335-3