Багатомасштабне дослідження розкриває мікроби, що впливають на стійкість сорго до посухи
Посуха є однією з найсерйозніших загроз для сільськогосподарських систем, що призводить до непередбачуваних урожаїв, зниження доходів фермерських господарств та збільшення кількості спалахів хвороб. Тільки в Сполучених Штатах посуха з 1980-х років обійшлася країні 249 мільярдів доларів.
Одним із можливих рішень для підвищення стійкості сільськогосподарських культур є інокуляція насіння бактеріями. Рослинні «пробіотики», які, як відомо, покращують стійкість рослин до посухи. Хоча вчені ідентифікували багато багатообіцяючих мікробів у лабораторії, відтворити їхню ефективність у польових сільськогосподарських дослідженнях виявилося набагато складніше, в основному через складні зміни навколишнього середовища в реальному світі.
Нове дослідження, очолюване Ребеккою Барт, доктором філософії, асоційованим членом Центру науки про рослини Дональда Денфорта, та її колегами вирішило завдання подолання розриву між лабораторними та польовими дослідженнями, пов'язаними із взаємодією культур та мікробів та їх впливом на стійкість до посухи. Їхня робота може прискорити адаптацію сільськогосподарських культур до посушливих умов та оптимізувати результати лабораторних досліджень для фермерів у польових умовах. Їхнє основне дослідження було нещодавно опубліковано в The ISME Journal та eLife.
Автори використовували системний підхід для виявлення мікробів, що впливають на реакцію сорго на посуху, роботу, яка охопила «стерильні, контрольовані середовища» в лабораторії, та польові експерименти, повні складних властивостей ґрунту, нерівного рельєфу та нерівномірного накопичення вологи. Команда виявила, що принаймні шість мікробів, які викликали дефекти розвитку коріння в лабораторії — затримку зростання проростків сорго, також негативно впливали на зростання сорго в полі.
«Великий прогрес тут, — сказав автор-кореспондент Барт, — полягає в тому, що ми спостерігали подібні закономірності в контрольованому середовищі та полі. Цей результат говорить нам про те, що наші лабораторні спостереження є реальними і мають відношення до сільського господарства». Вражаюче, але дослідницька група також виявила новий мікроб, який сприяє зростанню коренів, що є важливою характеристикою підвищення стійкості сільськогосподарських культур до посухи.
Дослідження, яке проводилося протягом останніх п'яти років, не обійшлося без проблем.
"Мінливість навколишнього середовища робить реальний світ галасливим місцем для проведення наукових досліджень", - написав перший автор і старший науковий співробітник Danforth Center Джеффрі Беррі. Авторам потрібно було розробити модель для обліку змішаних біологічних змінних у польових експериментах — таких факторів, як pH ґрунту та вміст фосфатів, які можуть відрізнятися залежно від польової ділянки.
Об'єднавши гігантські багатоваріантні набори даних від співробітників з декількох установ, у тому числі з Університету Небраски-Лінкольна, Університету штату Айова, Університету штату Вашингтон, Університету Північної Кароліни-Чапел-Хілл, Університету штату Колорадо та Об'єднаного інституту , щоб зрозуміти та подолати відмінності в полі.
Результатом стала перша у своєму роді статистична модель, яка враховувала властивості ґрунту, що впливали на ознаки як сільськогосподарських культур, так і мікробів. Тепер автори могли порівнювати свої результати в лабораторії та в польових умовах, не переймаючись тим, як зміни навколишнього середовища можуть вплинути на їх польові спостереження.
"Джефф зрозумів, як поєднати деякі справді складні шматочки головоломки", - підсумував Барт.
Окрім роботи зі складною статистикою та співпраці з вченими по всій країні, частина успіху команд полягала у доступі до безпрецедентної дослідницької інфраструктури Центру Данфорту. Наприклад, автори використовували Центр фенотипування Bellwether Foundation для візуалізації та кількісної оцінки того, як посуха та обробка мікробами впливали на зростання та розвиток сорго в рамках своїх контрольованих лабораторних експериментів.
Команда починає тиражувати свою методологію на інших системах сільськогосподарських культур, таких як кукурудза, та плани майбутніх досліджень для цієї роботи будуть розміщені у новому Центрі підземних впливів на азот та вуглець (SINC) Центру Данфорту, під керівництвом Барта та трьох інших членів Данфорт-Центру.
Також читайте: