Для обеспечения продовольственной безопасности в условиях холода ключевым может стать управление микробными сообществами, окружающими корни растений. Кукуруза, будучи теплолюбивой культурой, сильно страдает от низких температур на стадиях прорастания и всходов, что ведет к падению урожайности. Хотя традиционно изучение устойчивости фокусировалось на физиологических и молекулярных механизмах, роль ризосферных микроорганизмов долгое время недооценивалась.
Исследователи сравнили два генотипа кукурузы: холодоустойчивый B144 и чувствительный к заморозкам Q319. Метагеномный анализ выявил, что у устойчивого типа в корнях сформировалось разнообразное микробное сообщество, в котором доминировали бактерии Firmicutes и Actinobacteria, в частности Bacillus и Streptomyces. Эти микроорганизмы активируются именно при снижении температуры, действуя как своего рода элитный спецназ.
Микробная "свита" морозостойкой кукурузы выполняет три основные защитные функции. Во-первых, бактерии синтезируют внеклеточные полисахариды, создавая биологический "антифриз", который понижает точку замерзания воды вокруг корней. Во-вторых, они поставляют корням витамины и коферменты, ускоряя метаболизм растения в холоде. В-третьих, микробы вырабатывают антиоксиданты, нейтрализующие токсины, возникающие из-за холодового стресса.
В отличие от этого, микробиом чувствительной кукурузы Q319 оказался гораздо менее активным, ограничиваясь базовыми функциями и не предоставляя комплексной защиты. При наступлении мороза такое растение остается без поддержки своего микробного сообщества.
Накопленные данные свидетельствуют, что растения могут активно "привлекать" и "одомашнивать" ризосферные микробные сообщества через корневые выделения, особенно в условиях абиотического стресса. Ученые полагают, что возможность "подселять" полезные микроорганизмы к обычным сортам или стимулировать их рост в почве открывает новую эру в сельском хозяйстве. Это подход, основанный на регулировании микробиома, который может стать альтернативой генной модификации для повышения устойчивости культур к холоду.
