ООО «Издательство Агрорус»

Свежий номер # 07 за 2019 г.

Подписаться на бумажную версию газеты

Скромная резуховидка подала идею создания биоинженерных культур для маргинальных почв

Новый способ выращивания сельскохозяйственных культур на щелочных почвах поможет накормить мир

Ожидается, что население планеты в 2050 году достигнет 9,7 миллиардов человек, но как  прокормить всех этих людей? Примерно треть пахотных земель в мире страдает от недостатка доступного для растений железа, что делает почву непригодной для выращивания таких культур, как кукуруза и соя.

В прошлом году исследовательская группа из Стэнфорда во главе с Элизабет Сэттли обнаружила генетическую адаптацию, которая позволяет одному выносливому растению процветать на сложных почвах.

Ученые сосредоточились на раскрытии потенциала генетических механизмов, ответственных за это выживание, и теперь полагают: путь исследований однажды позволит внедрить адаптивный механизм в геномы основных культур, открывая, таким образом, больше сельскохозяйственных угодий для производства продуктов питания и приводя к новой, экологически чистой форме генетики растений.

«Возможно, мы сможем взять признаки, разработанные в результате естественного отбора, и переместить их туда, где они нам нужны», - говорит Сэттли.

Ученые в лаборатории Сэттли исследуют микробиомы почвы - сообщества бактерий, которые живут вокруг корней растений, чтобы помочь им перерабатывать питательные вещества почти так же, как кишечные бактерии помогают людям переваривать пищу.

Сейчас работа направлена на одну форму пищевого расстройства у растений - неспособность усваивать достаточное количество железа, что сдерживает рост и снижает урожайность.

Почему возникают такие дефициты железа – давно не секрет. Во многих засушливых регионах мира, в том числе на западе Соединенных Штатов, есть щелочные почвы, и эта щелочность действует как химический замок, удерживающий железо в земле.

Но после долгих лет изучения этой проблемы группа Сэттли обнаружила, как маленькое растение резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana), родственное капусте и горчице, преодолевает дефицит железа благодаря тому, что корни резуховидки взаимодействуют с щелочными почвами.

Исследователи выяснили, что корни резуховидки выделяют молекулу семейства кумаринов, которая оказывает химическое воздействие, помогая втягивать железо в растение, невзирая на щелочность почвы.

Кроме того, молекулы кумарина, которые корни растения выделяют в почву, отгоняют определенные бактерии, также потребляющие железо для своего роста.

Ученые предполагают, что таким образом растение пытается защитить свой доступ к жизненно важному минералу. «Арабидопсис развил метаболический путь, который химически изменяет окружающую почву и корневой микробиом растения, когда его запасы железа ограничены», - говорит Матиас Фогес, аспирант в лаборатории Сэттли.

Для понимания химических взаимодействий, которые обычно происходят под землей и вне поля зрения, задействовали процесс, основанный на гидропонике. Резуховидку выращивали в воде, имеющей химическое и минеральное содержание, сходное с содержанием в щелочных почвах. К этой среде добавили различные виды бактерий, которые обычно составляют микробиом корня Arabidopsis.

В будущем ученые могут применять эту гидропонную платформу для создания различных псевдопочвенных сред, чтобы проверить, как растения реагируют на другие неблагоприятные факторы, например, могут ли растения настраивать свои микробиомы для улучшения усвоения минеральных веществ в почвах с недостатком азота и так далее.

В ближайшей перспективе группа Сэттли постарается лучше понять, как работает адаптация кумарина, чтобы в конечном итоге можно было выращивать биоинженерную пшеницу, кукурузу или другие культуры на щелочных почвах.

Между тем, поскольку исследователи используют гидропонную технику для обнаружения других адаптаций корневых микробиомов, они считает, что метод приведет ко второму поколению генной инженерии растений. Вместо того, чтобы создавать искусственные черты на растениях, ученые получат возможность перемещать естественные признаки с одного растения на другое.

«То, что мы видим, - это новый тип науки об экологически чистых культурах», - сказала Сэттли.

(Источник: phys.org. Автор: Том Абате, Стэнфордский университет). 

Новое место статьи