Ново проучване, публикувано в списание Nature Microbiology, разкрива забележителната способност на почвените микроорганизми да съхраняват екологична "памет" за засушавания, която пряко влияе върху растежа и устойчивостта на растенията. Екип от изследователи от Университета на Канзас (KU), в сътрудничество с учени от Университета на Нотингам в Англия, анализира почви, събрани от различни райони на Канзас, за да тества ролята на така наречените "наследствени ефекти" – как почвите са оформени от микроби, адаптирали се към местния климат в продължение на много години.
Екологична памет и нейното значение
Според доц. Маги Вагнер от отдела по екология и еволюционна биология в KU, организмите, живеещи в почвата, като бактерии, гъбички и други, могат да имат важни последици за ключови процеси като усвояване на въглерод, движение на хранителни вещества и, най-вече, за растенията. Изследователите са били заинтригувани от наблюденията на други учени за този вид екологична памет на почвените микроби. Разбирането на тези наследствени ефекти има сериозни последици за земеделието и отглеждането на култури като царевица и пшеница, тъй като не само самите валежи, но и паметта на микробите, живеещи в тези почви, може да играе решаваща роля.
Въпреки че наследствените ефекти са наблюдавани и преди, механизмите, по които те функционират на генетично ниво, остават неясни. По-ясното разбиране би могло да подпомогне фермерите и компаниите за селскостопански биотехнологии, които целят да използват полезни микроби за подобряване на реколтата.
Експериментът и резултатите
Екипът е взел проби от почви от шест различни места в Канзас, обхващащи както по-влажните източни региони, така и по-сухите западни Високи равнини, които получават по-малко дъжд поради ефекта на "дъждовната сянка" на Скалистите планини. Целта е била да се сравни как наследствените ефекти варират по този климатичен градиент.
В експериментите си учените изложили микробните общности на два различни режима – обилно поливане или много ограничено количество вода – в продължение на пет месеца, за да се засили контрастната история на влажност. След това те отглеждали растения в тези микробни общности с различна "памет за суша" и измервали представянето на растенията.
Резултатите показват, че дори след много хиляди бактериални поколения, паметта за сушата е останала откриваема. Един от най-интересните аспекти е, че ефектът е бил много по-силен при растения, които са местни за съответните местообитания, отколкото при култури като царевицата, която не е местен вид. За да тестват това взаимодействие, екипът е сравнил царевица с местна трева, наречена гамаграс (gamagrass). Учените предполагат, че по-силният отговор на местните растения се дължи на дългата им коеволюционна история с тези конкретни микробни общности, докато царевицата е одомашена в Централна Америка и е в района само от няколко хиляди години.
Генетични открития и потенциал за биотехнологиите
Изследователите са анализирали и генната активност както в микробите, така и в растенията, за да разбеят механизмите на молекулярно ниво. Генът, който предизвиква най-голям интерес, е наречен никотианамин синтаза. Този ген произвежда молекула, която е полезна основно за усвояване на желязо от почвата, но е известно, че влияе и върху толерантността към суша при някои видове.
Анализът показва, че растението е активирало (експресирало) този ген по време на суша, но само когато е било отглеждано с микроби, които са имали памет за сухи условия. Това означава, че реакцията на растението към суша зависи от паметта на микробите, което е изключително важно откритие.
Според Вагнер, гамаграсът се разглежда като потенциален източник на полезни гени за подобряване на царевицата при стрес, като споменатият ген може да бъде от голям интерес. За биотехнологичните фирми, фокусирани върху добавянето на микроби към културите, това проучване дава ценни насоки къде точно да търсят микроби с полезни свойства. Този тип търговия с микробни продукти в селското стопанство е индустрия за милиарди долари и продължава да расте.
Проектът е пример за изключително интердисциплинарна работа, която е съчетала генетичен анализ, физиология на растенията и микробиология, което е позволило да бъдат зададени и отговорени на въпроси, които досега не са били разрешени.
Източник: University of Kansas
