Przełom może radykalnie ograniczyć użycie pestycydów i odblokować inne możliwości poprawy zdrowia roślin
Naukowcy po raz pierwszy opracowali mikrobiom roślin, zwiększając występowanie „dobrych” bakterii, które chronią roślinę przed chorobami.
Odkrycia opublikowane w Nature Communications przez naukowców z Uniwersytetu w Southampton w Chinach i Austrii mogą znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na pestycydy niszczące środowisko.
Rośnie świadomość społeczna na temat znaczenia naszego mikrobiomu – niezliczonej liczby mikroorganizmów, które żyją w naszych ciałach i wokół nich, zwłaszcza w naszych jelitach. Mikrobiomy jelitowe wpływają na nasz metabolizm, prawdopodobieństwo zachorowania, nasz układ odpornościowy, a nawet nasz nastrój.
Rośliny również są siedliskiem ogromnej różnorodności bakterii, grzybów, wirusów i innych mikroorganizmów, które żyją w ich korzeniach, łodygach i liściach. Przez ostatnią dekadę naukowcy intensywnie badali mikrobiomy roślin, aby zrozumieć, w jaki sposób wpływają one na zdrowie roślin i ich podatność na choroby.
„Po raz pierwszy udało nam się zmienić skład mikrobiomu rośliny w ukierunkowany sposób, zwiększając liczbę pożytecznych bakterii, które mogą chronić roślinę przed innymi, szkodliwymi bakteriami” – mówi dr Tomislav Cernava, współautor artykułu i profesor nadzwyczajny w dziedzinie interakcji roślina-mikrob na Uniwersytecie w Southampton.
„Ten przełom może zmniejszyć zależność od pestycydów, które są szkodliwe dla środowiska. Osiągnęliśmy to w przypadku upraw ryżu, ale stworzone przez nas ramy można zastosować w przypadku innych roślin i odblokować inne możliwości poprawy ich mikrobiomu. Na przykład drobnoustroje zwiększające dostarczanie roślinom składników odżywczych mogą zmniejszyć zapotrzebowanie na nawozy syntetyczne”.
Międzynarodowy zespół badawczy odkrył, że jeden konkretny gen występujący w klastrze biosyntezy ligniny rośliny ryżu bierze udział w kształtowaniu jej mikrobiomu. Lignina to złożony polimer występujący w ścianach komórkowych roślin – biomasa niektórych gatunków roślin składa się z ponad 30% ligniny.
Po pierwsze, naukowcy zaobserwowali, że dezaktywacja tego genu powodowała spadek populacji niektórych pożytecznych bakterii, co potwierdza jego znaczenie w składzie społeczności mikrobiomów.
Następnie badacze postąpili odwrotnie, dokonując nadekspresji genu, w wyniku czego wytwarzał on więcej jednego określonego typu metabolitu – małej cząsteczki wytwarzanej przez roślinę żywicielską podczas procesów metabolicznych. Zwiększyło to udział pożytecznych bakterii w mikrobiomie roślinnym.
Kiedy te zmodyfikowane rośliny zostały wystawione na działanie Xanthomonas oryzae – patogenu wywołującego zarazę bakteryjną w uprawach ryżu, okazały się na nią znacznie bardziej odporne niż ryż dziki.
Zaraza bakteryjna jest powszechna w Azji i może prowadzić do znacznej utraty plonów ryżu. Zwykle kontroluje się ją poprzez stosowanie zanieczyszczających pestycydów, więc produkcja roślin z ochronnym mikrobiomem może pomóc zwiększyć bezpieczeństwo żywnościowe i pomóc środowisku.
Zespół badawczy bada obecnie, w jaki sposób mogą wpływać na obecność innych pożytecznych drobnoustrojów, aby odblokować różne korzyści zdrowotne dla roślin.