Исследователи из Центра Джона Иннеса выявили биологический механизм, который помогает корням растений создавать более благоприятную среду для полезных почвенных микробов. Это открытие помогает более устойчивому сельскому хозяйству за счет снижения потребности в синтетических удобрениях.
Исследователи выявили генную мутацию, которая усиливает партнерство растений с почвенными микробами, улучшая усвоение питательных веществ и снижая зависимость от удобрений. Это открытие способствует устойчивому земледелию, повышая устойчивость и эффективность сельскохозяйственных культур.
В настоящее время большинство основных сельскохозяйственных культур выращивается с использованием нитратных и фосфорных удобрений, однако их чрезмерное применение может иметь вредные экологические последствия. Используя естественные, взаимовыгодные отношения между корнями растений и почвенными микробами для улучшения усвоения питательных веществ, можно значительно сократить использование неорганических удобрений.
Исследователи из группы доктора Мириам Шарпантье обнаружили мутацию в гене бобового растения Medicago truncatula, которая перепрограммирует сигнальные способности растения таким образом, чтобы усилить партнерство с азотфиксирующими бактериями (ризобиями) и грибами (арбускулярными микоризными — AMF), снабжающими корни фосфором.
Такой тип партнерства, известный как эндосимбиоз, когда один организм существует внутри другого, позволяет бобовым растениям забирать питательные вещества из почвы с помощью микробов в обмен на сахара.
Препятствием для широкого использования эндосимбиотических партнерств в сельском хозяйстве является то, что они преимущественно возникают на бедных питательными веществами почвах, что противоречит условиям интенсивного земледелия.
Практические последствия для сельского хозяйства
Арбускулярные микоризные грибы связываются с корнями растений.
В этом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые показали, что генная мутация в сигнальном пути кальция усиливает эндосимбиоз в условиях фермерского хозяйства.
Полученные результаты представляют собой прорыв в давнем стремлении использовать расширенное партнерство растений и грибов в качестве естественной альтернативы неорганическим удобрениям для основных сельскохозяйственных культур, включая зерновые и бобовые.
«То, что выявленная нами мутация усиливает эндосимбиоз в сельскохозяйственных условиях открывает возможности для устойчивого производства сельскохозяйственных культур с использованием эндосимбионтов наряду с сокращением использования неорганических удобрений», — говорит соавтор работы доктор Шарпантье.
«Корневой эндосимбиоз очень полезен для растений, повышая усвоение питательных веществ и устойчивость к стрессам. Растет потребность в создании высокоурожайных, устойчивых к болезням культур и сокращении использования удобрений для защиты окружающей среды, а также снижения затрат фермеров», — заключает доктор Шарпантье.