Изследването и регулирането на микробните съобщности могат да станат нов инструмент за производство на селскостопански култури. Вероятно в близко бъдеще снабдяването на растенията с естествени продуктивни микробиоми и поддържането на тези общности в равновесие ще променят схемите за хранене и защита на тези култури. Подробности за този метод съобщава сайта modernfarmer.com.
Микробиолозите смятат, че следващата вълна от иновации в растениевъдството няма да бъде в посока кръстосване на растенията или препрограмиране на техните гени, а в „настройването“ на съобщността от микроби, които живеят вътре в културите, върху и около тях.
Растенията също имат микробиоми и тези милиарди малки защитници могат да им помогнат да растат и да се борят с патогените, които ги атакуват. Изследователите се опитват да открият и проучат законите за съществуването на тези микробни групи и да ги управляват, за да помогнат на растенията да станат по-устойчиви на суша, топлина и инфекции. Тъй като болестите по селскостопанските култури се разпространяват, обогатените с микробиоми растения, които са устойчиви на болести по културите, могат да станат жизненоважни, за да осигурят стабилно снабдяване с храна за нарастващото население.
Това мнение споделя Томислав Чернава, микробиолог от Технологичния университет в Грац, Австрия. Той вярва, че бъдещето на растениевъдството е да снабди растенията с естествени, продуктивни микробиоми и да поддържа тези общности в равновесие.
Микробите, свързани с растенията, са открити отдавна и през последните десетилетия се превърнаха в отделна област на изследване. Вече е известно, че микробите в почвата могат да помогнат на растенията да усвояват хранителни вещества, такива като азот например. Гъбите, свързани с корените, които помагат на растенията да общуват помежду си, също привлякоха вниманието на изследователите. А сравнително наскоро учените решиха да се вгледат навътре в семената, за да разберат повече за натрупаните там микроби.
Чернава и групата от негови сподвижници описаха микробиома на оризовите семена в статия, публикувана през януари в сп. Nature Plants. Друга група учени от КНР установи, че биологичната защита на някои оризови растения в крайбрежната провинция Чжъцзяне спряла да работи поради инфекция с бактерията Burkholderia plantarii. В същото време други растения са проявили невъзприемчивост към инфекцията. А растенията са се смятали за напълно идентични; те са били отгледани от един и същи сорт или от сортове на „генетични близнаци“.
Групата на Томислав Чернава се включи в по-подробно проучване на това противоречие. Оказа се, че растенията, които са били податливи на инфекцията, са имали различен микробиом на семената. По-точно, в чувствителните растения е имало по-малко бактерии, наречени Sphingomonas, които са задържали патогенните бактерии, произвеждайки киселина – а тя от своя страна не е позволявала на нашествениците да произвеждат трополон – химическо вещество, който забавя растежа на оризовите растения.
След това изследователите установиха, че имунитетът от инфекция може да се предаде на чувствителните растения чрез добавяне на по-голямо количество Sphingomonas към техния микробиом. А именно, растенията могат да бъдат защитени и чрез добавяне на защитна киселина директно към чувствителното растение.
Тази методика удовлетворява някои изследователи: предаването на имунитет чрез промяна на микробиома, особено в дивата природа, се счита за много трудна задача. Както признават участващите в изследването учени, това е един от малкото случаи, при които методиките, използвани за решаване на проблема, действително са се сработили при полеви условия. По-специално за това съобщава Шънян Хе, биолог по растенията в Университета „Дюк“, който участва в изследването.
Шънян Хе пояснява, че изследователите са наблюдавали от дълго време проявите на имунитета срещу бактериите и са идентифицирали най-важните източници на защитни реакции. Но когато дошло времето да се използват бактерии като средство за намеса в по-сложна система, доминирана от диви бактерии и диви растения, резултатът от експериментите по-често е бил отрицателен. Учените обикновено в такива случаи допускат, че виновни за това са различните условия на околната среда или особеностите на местните микробни общности.
Друг поглед към проблема предлага Мат Аглер, изследовател на микробиома на растенията от Йенския университет „Фридрих Шилер“ в Германия. Той предполага, че всеки отделен бактериален вид е само част от много по-голяма микробиомна общност, което като цяло влияе върху взаимодействието му с други растения. Неговата версия, че микробната общност работи „като екип“ е жизненоважно за изследователите и фермерите, които се надяват да използват микробиома. Според Аглер въпреки че някои видове бактерии могат да оказват определено положително въздействие, съществуват много други заплахи, пред които е изправено растението. И е твърде възможно в различни случаи в помощ на растенията да се притекат други микроби.
Ако изследователите намерят начини да се справят с тези сложни предизвикателства, микробиомът може да стане благодатна почва за широк спектър от вмешателства в живота на растенията, насочени към поддържане на снабдяването им с хранителни продукти.
В исторически план хората в течение на хиляди години са отглеждали растения по различни начини, за да получат най-желаните характеристики. Днешните интервенции в растителния живот обаче се извършват главно в лабораторни условия, използвайки техниките на генното инженерство. Според световноизвестния изследователски центърPew през 2016 г. 39 % от анкетираните са считали, че ГМО храните са по-лоши за здравето, в сравнение с останалите.
На този фон предложената идея за коригиране микробиомите на растенията изглежда много по-малко спорна като подход. А може би на света се дава възможност да забрави за генното инженерство? Ако трансплантирането на благоприятна микробна съобщност в растения, които обикновено нямат такава, се окаже успешно, това не е ли по-естественият способ за въздействие, питат се учените.
Нека споменем, че вече съществуват няколко компании, които използват силата на микробите в помощ на фермерите, продавайки бактерии и гъбички в качеството им на органични пестициди, или на семена, покрити с полезни бактерии, които предоставят хранителни вещества.
Има още едно важно обстоятелство. Тъй като бактериите Sphingomonas всъщност живеят в оризовите семена, имунитетът, който те осигуряват, може да се предава от поколение на поколение на оризовите растения. Очевидно, в тази връзка все още предстои да се потвърди или отхвърли предположението, че промяната на вътрешния микробиом повече прилича на еднократна превантивна мярка, отколкото на лекарство, което трябва да се използва постоянно.
Очаква се, че очертаните методи за работа с растителния микробиом ще привлекат вниманието на значителен брой специалисти, ангажирани с подобни изследвания. Промяната на свързаните с растенията микроорганизми осигурява най-краткия път към по-бързи и относително лесно адаптивни стратегии за подобряване качествата на растенията. Положителните резултати в тази посока ще бъдат добра новина за земеделските производители: това ще доведе до намаляване на количеството торове и пестициди и постигането на по-високи добиви. Нови разработки по на тази тема са в ход в Русия, по-специално в Биологическия факултет на Санкт-Петербургския държавен университет.
