Чтобы растения могли расти, они поглощают воду и питательные вещества через корни. При этом они полагаются на крошечных помощников: в частности, бактерии и грибы находятся в тонком слое вокруг корней. Эти микробы также отгоняют вредные для растения организмы, точно так же, как «микробиом» в кишечнике человека помогает определить, заболеем ли мы или останемся здоровыми.

Международная исследовательская группа под руководством Боннского университета при участии Института IPK Лейбница продемонстрировала на растениях кукурузы , что генетический состав растения-хозяина оказывает значительное влияние на состав корневых микробов. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

«Было показано, что корневой микробиом сильно зависит от стрессовых условий , таких как дефицит питательных веществ или воды», — говорит доктор Юн Цзян, один из первых авторов исследования и ученый из исследовательской группы IPK «Количественная генетика».

Генетический состав разных сортов кукурузы сильно различается. Региональные сорта адаптированы к самым разным условиям окружающей среды, в зависимости от того, выращиваются ли они в более прохладных высокогорьях или в более теплых низинах Южной Америки. «Многовековой отбор сортов кукурузы, адаптированных к местному климату , привел к появлению очень разных генотипов, которые мы смогли использовать для изучения», — говорит доктор Пэн Юй, руководитель младшей научной группы «Функциональная биология корней» в Боннский университет.

На данный момент исследовательская группа проанализировала 129 сортов кукурузы. Они выращивались в «обычных» условиях и при недостатке фосфора, азота и воды. Кроме того, была секвенирована ДНК микробов из 3168 образцов, взятых из слоя вокруг корней толщиной всего несколько миллиметров.

Выявлена ​​роль генетического материала корня в условиях стресса. Дефицит питательных веществ и воды также оказал влияние на состав микробов. Однако в одинаковых стрессовых условиях все же были выявлены различия в микробиоме сортов кукурузы. «Мы показали, что определенные гены кукурузы взаимодействуют с определенными бактериями», — объясняет доктор Пэн Юй.

Международная исследовательская группа даже смогла использовать данные об условиях выращивания в месте происхождения конкретного сорта кукурузы и его генетическом составе, чтобы предсказать, какие ключевые организмы встречаются в микробиоме в корне. Особо выделились бактерии рода Massilia.

«Было поразительно, что лишь несколько экземпляров этих микробов присутствовали при достаточном запасе азота», — объясняет профессор доктор Габриэль Шааф из отдела экофизиологии питания растений INRES и член кластера передового опыта PhenoRob в Боннский университет.

С другой стороны, если азота было недостаточно, у корней обнаруживалось множество массилий. Затем команда «привила» корни кукурузы этой бактерией. Это показало, что растения впоследствии образовали гораздо больше боковых корней и, таким образом, значительно улучшили поглощение питательных веществ и воды.

В ходе дальнейших исследований исследователи обнаружили, что корень привлекает бактерии Massilia с флавонами. Это растительный пигмент, который с помощью бактерий стимулирует образование боковых корней. «Однако предпосылкой для этого было то, что растение кукурузы имело ген, связывающий микротрубочки», — говорит доктор Пэн Юй.

«В рамках этого исследования мы также открыли набор инструментов количественной генетики для исследования микробиома», — объясняет ученый из IPK доктор Юн Цзян. «Мы были удивлены большой долей генетического компонента в формировании микробиома».

Результаты могут быть использованы как в науке, так и в селекции. «Они могут послужить основой для дальнейшего изучения агроэкологических проблем и разработки новых сортов кукурузы, которые лучше адаптированы к изменению климата на основе данных генома и микробиома».