В условиях глобального изменения климата, ведущего к усилению засушливости, устойчивость сельскохозяйственных систем оказывается под угрозой. Дефицит влаги является одним из ключевых вызовов, который серьезно сказывается на росте и продуктивности растений, создавая риски для продовольственной безопасности во всем мире. Недавние исследования показывают, что засуха влияет не только на сами растения, но и коренным образом изменяет связанные с ними микробные сообщества. Взаимодействие между растениями и микроорганизмами имеет решающее значение для здоровья почвы, круговорота питательных веществ и общей жизнеспособности агрокультур.
В ходе нового исследования было детально изучено влияние засухи на микробиоту, колонизирующую растения пшеницы в различных ее частях – от поверхности листьев до прикорневой зоны и внутренних тканей корня. Анализ образцов выявил заметный сдвиг в составе этих микробных сообществ. В условиях недостатка влаги преимущество получили определенные группы микроорганизмов, такие как актинобактерии и аскомицеты, в то время как численность протеобактерий и базидиомицетов значительно сократилась.
Способность некоторых таксонов бактерий успешно развиваться в условиях засухи открывает новые перспективы для сельского хозяйства. С помощью передовых методов, включая целевую сортировку и секвенирование отдельных клеток, ученые выделили группу из 21 засухоустойчивой бактерии. Оказалось, что эти микроорганизмы не только преобладают в условиях дефицита воды, но и несут в себе гены, связанные с круговоротом питательных веществ и повышением жизнеспособности растений. Это говорит о наличии у них адаптивных механизмов, позволяющих выживать и эффективно функционировать в стрессовых условиях.
Особое внимание привлек тот факт, что засухоустойчивые бактерии продемонстрировали сильную положительную корреляцию с определенными метаболитами растительного происхождения, такими как жасмоновая и пипеколиновая кислоты. Известно, что эти вещества играют важную роль в стрессовых реакциях растений. Таким образом, был выявлен сложный уровень взаимодействия между растением и его микробиомом, где химические сигналы растения могут влиять на то, какие именно микробы будут процветать в его окружении.
Для проверки потенциальной пользы выделенных бактерий были проведены эксперименты по инокуляции. Искусственно созданное сообщество, состоящее из четырех видов засухоустойчивых микроорганизмов, вносили в почву к растениям пшеницы. Результаты показали значительное улучшение роста культуры даже в условиях сильной засухи. Этот эксперимент демонстрирует жизнеспособную стратегию использования полезных микробов для повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям окружающей среды.
Широкое распространение обнаруженных засухоустойчивых бактерий в различных географических регионах подтверждает их потенциальную универсальность. Это указывает на их значительное экологическое присутствие и открывает возможность для использования подобных микробных сообществ для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур в глобальном масштабе. Понимание функциональной роли этих микробов позволяет разрабатывать стратегии управления микробиомом для стимулирования полезных взаимодействий в агросистемах.
Данная работа меняет представление о том, как можно проектировать более эффективные и устойчивые сельскохозяйственные экосистемы. Обогащение агроценозов поддерживающими микробными сообществами может стать подходом, применимым к различным культурам для повышения их способности противостоять климатическим стрессам. Разработанные в ходе исследования методики могут послужить основой для будущих изысканий и открытия новых видов микроорганизмов, способных поддерживать здоровье растений.
Интеграция знаний о микробах в практическое сельское хозяйство может привести к внедрению новых методов, направленных на повышение биоразнообразия почв и формирование здорового микробиома растений. Такие меры будут способствовать не только увеличению урожайности, но и укреплению устойчивости почв к растущей угрозе засухи. Исследования в этой области прокладывают путь к созданию устойчивых методов ведения сельского хозяйства, которые принесут пользу будущим поколениям, обеспечивая продовольственную безопасность в условиях меняющегося климата.
