эксклюзив
Ученые «просеяли» геном ячменя и определили гены, формирующие ризосферную микробиоту культуры
Тонкий слой почвы, окружающий корни растений, граница раздела, которую ученые определяют как ризосферу, является средой обитания множества микроорганизмов, которые в совокупности называются микробиотой ризосферы.
По аналогии с микробиотой, населяющей пищеварительный тракт позвоночных, ризосферная микробиота может способствовать здоровью, развитию и росту их растений-хозяев, облегчая поглощение минеральных питательных веществ и защиту от патогенов. Таким образом, она выступает как возобновляемая альтернатива синтетическим агрохимикатам.
Подобно дирижеру оркестра, растение-хозяин может формировать состав микробиоты ризосферы. Эта способность опосредована специфическими генами в геноме, которые затем можно использовать для перестройки взаимодействия растений и микробиоты для повышения урожайности культур. Однако, гены хозяина, лежащие в основе этой диверсификации, остаются плохо изученными.
Исследователи из Школы наук о жизни Университета Данди и Института Джеймса Хаттона при содействии коллег из Великобритании, Италии и Германии недавно идентифицировали гены, формирующие ризосферную микробиоту ячменя, сообщает портал www.hutton.ac.uk.
«Помимо защиты здоровья растений, рациональное манипулирование растительной микробиотой в сельском хозяйстве также актуально для микробиоты, связанной с дикими родственниками сельскохозяйственных культур, которые, развившись в маргинальных почвенных условиях, могут представлять собой неиспользованный ресурс для малозатратного сельского хозяйства. – Пишут авторы в статье, опубликованной на портале www.nature.com. — Ячмень занимает четвертое место среди злаков, выращиваемых в мире, и привлекательную экспериментальную модель для изучения взаимодействия растений и микробов в свете одомашнивания и селекции культур. Ранее мы продемонстрировали, что дикие генотипы и «элитные» культивируемые сорта содержат контрастные ризосферные микробиоты.
В этой работе мы вырастили экспериментальную популяцию между генотипами ячменя на противоположных концах схемы одомашнивания (52 генотипа потомства сегрегирующей популяции между элитным сортом (Hordeum vulgare ssp. vulgare «Barke») и образцом дикого предка (Hordeum vulgare ssp. spontaneum) и применили самые современные геномные и транскриптомные ресурсы, картируя генетические детерминанты состава микробиоты хозяина в ризосфере.
«Сложность нашей работы заключается в цифрах: геном ячменя содержит десятки тысяч генов, и каждый из них потенциально может формировать микробиоту ризосферы. Прорыв в наших исследованиях произошел, когда, применив инновационный генетический подход, мы «сузили» конкретную область генома ячменя, которую обозначили как локус QRMC-3HS», — прокомментировала соавтор доктор Кармен Эскудеро-Мартинес.
Однако локус включает в себя более 50 генов: слишком много, чтобы с ними работать. «Чтобы преодолеть и это препятствие, мы сделали обоснованное предположение. Поскольку интересующие нас микробы размножаются под землей, гены, выраженные в корнях, могут представлять собой первую точку захода для установления этих взаимодействий», сказал соавтор доктор Макс Коултер.
Изучая различия в генах, выраженных в корнях ячменя, ученые в конечном итоге «просеяли» сложный геном культуры и обнаружили три многообещающих гена, которым необходимо отдать приоритет для дальнейших исследований.
— Генетические отношения между растениями и микробиотой остаются сложной головоломкой, но совместными усилиями мы постепенно находим важные детали, чтобы сделать шаг вперед к селекции устойчивых и органических культур будущего, — заключил автор-корреспондент д-р Давиде Булгарелли».
(Источники: www.hutton.ac.uk, www.nature.com. Фото: Дмитрий Лукьянов).
