Фото: із відкритих джерел
Ендофітна бактерія Flavo98, що колонізує корені без ознак патогенності, у лабораторних тестах різко підвищила виживання рослин під час посухи та після відновлення поливу. У роботі, опублікованій у Nature Plants, ефект пов’язують з активацією гормонально-сигнального каскаду ERF-CEP5, який стимулює утворення кореневих волосків за дефіциту вологи.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на сайт Global Agriculture.
Ендофітна бактерія, яка живе всередині коренів рослин і не спричиняє хвороб, може суттєво підсилювати стійкість до посухи в різних видів культур. Такого висновку дійшли автори дослідження, опублікованого онлайн 14 серпня в Nature Plants. Роботу очолила Сальма Балазадех (Salma Balazadeh) з Університету Геттінгена (Albrecht-von-Haller-Institute for Plant Sciences, Німеччина).
У центрі дослідження — штам Flavo98, виділений із бактеріальної колекції, яку надали в межах співпраці з мікробіологом Йосом Раймакерсом (Jos Raaijmakers; раніше — Лейденський університет, Нідерланди). Flavo98 описують як ендофіт: мікроорганізм, що колонізує тканини рослини зсередини і зазвичай приносить користь господарю, на відміну від патогенів.
Як перевіряли ефект посухостійкості
Перші експерименти команда провела на Arabidopsis thaliana — модельній рослині з добре вивченою генетикою. Посуховий стрес моделювали двома способами:
- обробкою поліетиленгліколем (PEG), який у лабораторних умовах застосовують для імітації дефіциту води без створення «реальної» ґрунтової посухи;
- вирощуванням на агаризованому середовищі з низькою вологістю.
В обох варіантах рослини, інокульовані Flavo98, формували помітно більше кореневих волосків — мікроскопічних виростів, що збільшують поглинальну поверхню кореня та здатність засвоювати воду й елементи живлення.
Механізм: каскад ERF115/ERF114 → CEP5
Генетичний аналіз вказав на двоступеневий сигнальний ланцюг. За даними авторів, бактерія запускає експресію двох етилен-асоційованих генів ERF115 і ERF114, які далі активують малий сигнальний білок CEP5. У сукупності цей шлях (ERF-CEP5) «інструктує» клітини кореня формувати більше та довші кореневі волоски саме за умов обмеженої вологи, тобто тоді, коли рослині критично потрібно збільшити ефективну площу поглинання води.
Результати на Arabidopsis: 85% виживання після посухи
У публікації наведено показники, які автори називають суттєвими для втручання одним мікроорганізмом: рослини Arabidopsis, оброблені Flavo98, переживали посуху та подальше відновлення поливу приблизно у 85% випадків. Для необроблених контрольних рослин виживання описано як мінімальне.
Також зазначено, що ті оброблені рослини, які вижили, надалі формували значно вищу насіннєву продуктивність, ніж небагато контрольних «виживших», що може свідчити про вплив не лише на короткострокову толерантність до стресу, а й на репродуктивний результат. У найбільш уражених зонах кореня частка клітин, що утворювали кореневі волоски, за посухи приблизно подвоювалася порівняно з контролем.
Перевірка на культурах: пшениця, ріпак, камеліна і томат
Щоб оцінити прикладну цінність поза модельною рослиною, дослідники поширили випробування на пшеницю, ріпак, камеліну та томат. За повідомленням авторів, у цих культур також активувався механізм ERF-CEP5 і спостерігалися порівнювані ефекти пом’якшення наслідків посухи.
Водночас у статті підкреслюють: польова посухостійкість визначається багатьма генами та механізмами, тому один сигнальний модуль сам по собі не зробить культуру «невразливою» до дефіциту вологи.
Що це може означати для агровиробництва
Автори називають два можливі напрями продовження роботи: перевірити, чи можна «налаштовувати» модуль ERF-CEP5 у селекції, або ж розвивати Flavo98 як біологічний продукт для внесення з насінням чи в ґрунт, щоб відтворювати ефект без генетичної модифікації культури.
Для розробників біологічних інпутів важливим є те, що для Flavo98 описано механізм дії, а не лише фенотипічний результат. У практичній площині це може спростити підхід до формуляції та підготовки регуляторних матеріалів, а також до створення комбінованих рішень — але подальші кроки залежать від того, чи підтвердиться ефект поза контрольованими умовами.
Ключові факти дослідження
- Публікація: Nature Plants (онлайн від 14 серпня).
- Установа-лідер: Університет Геттінгена (Німеччина).
- Штам: ендофітна бактерія Flavo98.
- Модельні умови посухи: поліетиленгліколь (PEG) та низьковологе агар-середовище.
- Заявлений механізм: ERF115/ERF114 → CEP5 (шлях ERF-CEP5), що стимулює утворення кореневих волосків за дефіциту води.
- Показник виживання Arabidopsis після посухи та відновлення поливу: близько 85% для оброблених Flavo98.
- Додатково: у найбільш уражених зонах кореня частка клітин із кореневими волосками за посухи приблизно подвоювалася проти контролю.
- Тести на культурах: пшениця, ріпак, камеліна, томат — із повідомленням про подібну активацію механізму.