Почему кукуруза так хорошо растет? Ученые считают, что почвенные микробы играют определенную роль

Почему кукуруза так хорошо растет?

Гибридные растения кукурузы частично обязаны своей энергией почвенным микробам

Обильные урожаи кукурузы и других основных культур зависят от таинственного явления, известного как гибридная энергия. При скрещивании высокородных сортов их потомство становится выше, выносливее и дает больше зерна. Исследователи теперь сообщают, что на эту энергию каким-то образом влияют микробы в почве, возможно, через иммунную систему растений.

“Это действительно интересное открытие”, – говорит Джайлс Олдройд, генетик растений из Кембриджского университета, который не принимал участия в исследовании.

Чарльз Дарвин был одним из первых исследователей, описавших жизнеспособность гибридов. В начале 20 века биологи начали применять этот эффект в сельском хозяйстве, создавая инбредные родительские линии, которые производят гибридные семена. К 1940-м годам почти каждый фермер в Соединенных Штатах сажал гибридную кукурузу, и урожайность возросла.

Генетики предложили несколько теорий о причинах жизнеспособности гибридов, но окончательного объяснения так и не появилось.

Мэгги Вагнер, генетик растений из Канзасского университета в Лоуренсе, и ее коллеги задавались вопросом, могут ли быть замешаны микробы. Крошечные организмы могут оказывать большое влияние на растения. Например, листья и корни часто колонизируются сообществами полезных бактерий и грибков, которые помогают защитить растение от болезнетворных микробов. Некоторые культуры, такие как соевые бобы и другие бобовые, содержат микробы, которые снабжают их азотом – важным питательным веществом для растений, которое фермеры в противном случае должны снабжать удобрениями.

В прошлом году Вагнер и его коллеги нашли интересную подсказку в ходе полевого исследования. Они обнаружили, что листья и корни гибридной кукурузы имеют микробные сообщества, отличные от тех, которые встречаются на инбредных сортах кукурузы.

Когда наступила зима и поля оказались под паром, Вагнер попытался повторить это открытие с помощью лабораторного эксперимента. Исследователи посадили семена в мешки с похожим на почву веществом, которое было стерилизовано, чтобы убить все микробы. Затем они добавили простое сообщество почвенных бактерий – семь штаммов, которые, как известно, колонизируют корни кукурузы, в некоторые пакеты, оставив другие стерильными. При наличии микробов гибриды росли лучше, чем инбредный сорт, как и ожидалось, с корнями, весящими на 20% больше. Однако, к их удивлению, гибридные и инбредные растения кукурузы росли примерно одинаково в стерильной почве, сообщают они в этом месяце в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Вес их корней и побегов был практически одинаковым.

Это открытие подтвердилось, когда ученые повторили эксперимент, добавив полный набор почвенных микробов в некоторые стерилизованные пакеты. “Результаты убедительны”, – говорит Олдройд.

Вывод? “Что-то в том, чтобы быть гибридом, заставляет растение по-разному взаимодействовать с микробами”, – говорит Вагнер. Основываясь на некоторых результатах, команда считает, что микробы замедляют рост инбридов, а не дают им большого толчка.

Вполне возможно, что иммунная система инбридов чрезмерно остро реагирует на доброкачественные микробы, что ставит под угрозу их рост. Эксперимент не включал никаких патогенных микроорганизмов. В качестве альтернативы гибридные растения могут лучше защищаться от слабых патогенов в почве. “У нас запланирована большая работа по развитию этой идеи”, – говорит Вагнер.

Олдройд говорит, что результаты подчеркивают необходимость для селекционеров согласовать генетику сельскохозяйственных культур с микробными сообществами, с которыми они живут. “Полученные результаты подчеркивают важность понимания роли почвенных микробов в повышении продуктивности и устойчивости сельского хозяйства”, – добавляет Корне Петерс, биолог растений из Утрехтского университета.

Эрик Стокстад

Эрик Стокстад

Эрик – репортер журнала Science, освещающий вопросы окружающей среды.

Читайте также: