В рамках нового сотрудничества ученые из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) определили типы микробов, которые связаны с искусственным масличным тростником. Дальнейшее изучение микробиома масличного тростника может открыть возможности для использования растительно-микробных взаимодействий в этом сырье, что может увеличить выход масла для устойчивого производства биоэнергии.
С точки зрения биомассы, сахарный тростник является самой выращиваемой культурой в мире, и нетрудно понять, почему; он обеспечивает сырье для 26% биоэтанола в мире и 80% мирового производства сахара.
Особая разновидность метаболически модифицированного сахарного тростника, называемая масличным, накапливает в 30–400 раз больше энергоемких триацилглицеринов (ТАГ), чем сахарный тростник дикого типа, что делает его идеальной культурой для производства биотоплива. Изучая это сырье, которое перенаправляет природные сахара на производство масла, исследователи могут предложить устойчивые альтернативы ископаемому топливу на растительной основе.
Одним из способов улучшения урожая, который ищут исследователи, является управление микробиомом . Понимание взаимодействия между растениями и микроорганизмами, которые живут на них и в них, может помочь нам разработать методы управления сельским хозяйством, которые могут повысить урожайность и устойчивость сельскохозяйственных культур. В то время как микробиом сахарного тростника был изучен, микробиом масличного тростника исторически был неизведанной территорией.
В сотрудничестве между темами CABBI «Устойчивое развитие» и «Производство сырья» исследователи изучили различия в структуре микробиома между несколькими образцами масличного тростника и сахарным тростником дикого типа. Постдокторский исследователь из штата Айова Джихун Ян и доцент Адина Хоу руководили проектом со стороны устойчивого развития, а ученый-биолог Университета Флориды Баскаран Каннан и профессор Фреди Альтпетер руководили сырьем.
В исследовании, опубликованном в журнале «Биотехнологии для биотоплива и биопродуктов» , изучались микробиомы четырех различных образцов масличного тростника (разработанных командой Альтпитера из Университета Флориды) по сравнению с немодифицированным сахарным тростником.
Команда посадила каждый из этих искусственных масличных и сахарных тростников в одну и ту же почву. После выращивания они взяли образцы микробов из листьев, стеблей, корней, ризосферных почв и насыпной почвы. Используя передовые инструменты секвенирования и биоинформатики, команда обнаружила, что микробиом каждого образца масличного тростника отличается от микробиома немодифицированного сахарного тростника.
Интересно, что самые большие различия в составе микробиома наблюдались у образцов масличного тростника, которые наиболее высоко экспрессировали трансген WRI1. WRI1 известен как «мастер-регулятор» биосинтеза липидов и способствует значительным изменениям в профиле экспрессии генов, которые влияют на способность растения накапливать энергоемкие ТАГ.
Это исследование показало, что метаболически сконструированные образцы масличного тростника, отличающиеся экспрессией трансгена, будут ассоциироваться с разными микробиомами, что позволяет предположить, что метаболические различия масличного тростника (по сравнению с сахарным тростником) играют роль в определении состава микробиома растения.
Исследователи предполагают, что связь масличного тростника с определенными микробами в почве может в некотором роде принести пользу растению, как это часто бывает с другими растениями. Команда надеется направить дальнейшие исследования на понимание того, как микробиомы, уникальные для определенных видов масличного тростника, взаимодействуют с их растениями-хозяевами.
«Понимание этой области может привести к прорыву в управлении масличным тростником, когда производители смогут адаптировать взаимодействие растений и микробов для повышения урожайности и урожайности масла», — сказал Хоу.
Альтпетер добавил: «Дополнительные исследования могут также привести к созданию адаптированного микробиома, который может повысить агрономические показатели и урожайность масличного тростника, созданного с помощью метаболических изменений».
