Ученые выяснили, что выживание томатов, растущих на инфицированной почве, зависит от состава ее микробиоты: некоторые таксоны микробов могут защитить растения от патогенной бактерии, выделяя соединения, которые подавляют ее рост. Авторы работы, опубликованной в журнале Science Advances, также выяснили, что пересадка почвы с таксонами, которые подавляют патоген, увеличивает шансы растений на выживание в почве с болезнетворным микроорганизмом.
Исследования показывают, что изменяя состав микробиоты, можно контролировать микроорганизмы, которые вызывают болезни растений: это позволило бы снизить потери урожая от инфекционных болезней не применяя пестициды. Тем не менее, пока мало известно о том, как в естественных условиях связаны почвенная микробиота, растения и патогены, которые их заражают.
Вилле Фриман (Ville-Petri Friman) из Нанкинского сельскохозяйственного университета и его коллеги из Китая и Нидерландов решили выяснить, как состав почвенной микробиоты и его изменения влияют на заболеваемость растений. Они посадили на трех опытных делянках по 16 кустов помидоров в емкостях, которые отделяли корневую систему растений от окружающей почвы так, чтобы кусты время от времени можно было доставать для изучения.
Почва в делянках уже 15 лет была заражена Ralstonia solanacearum — патогеном, который вызывает бактериальное увядание томата. На протяжении семи недель ученые отбирали пробы почвы из контейнеров и вели учет больных и здоровых растений. К концу эксперимента заболеваемость достигла 54 процентов (увяло 26 растений), а из оставшихся еще 10 были скрыто (бессимптомно) инфицированы. Ученые сравнили 12 здоровых растений с 12 случайно выбранными увядшими, чтобы выяснить, влияет ли первоначальный микробиом в почве вокруг корней томатов на судьбу растения, влияет ли состав микробиоты на развитие болезни и как отличаются микробиоты увядших и здоровых растений.
Ученые не обнаружили никакой разницы ни в физико-химических свойствах почвы, ни в плотности микробиоты, ни в степени ее разнообразия, ни в количестве патогена R. solanacearum в почве — все эти параметры никак не коррелировали с тем, заболело растение или нет. Разницу обнаружили в составе микробиоты: в почве вокруг корней здоровых томатов с самого начала опытов преобладали микробы из таксонов Alphaproteobacteria, Firmicutes и Cyanobacteria. У тех кустов, которые заболели, были больше распространены другие таксоны — Acidobacteria, Actinobacteria и Verrucomicrobia.
Метагеномный анализ почвы показал обилие генов, отвечающих за синтез антимикробных соединений из семейств пептидов и поликетидов, которые либо напрямую подавляют развитие патогенов, либо способствуют развитию микробиома, в котором патоген будет подавлен. В трех крупных таксонах, которые преобладали в почве здоровых растений ученые выявили два рода — Bacillus и Pseudomonas — которые известны как производители антимикробных соединений, пептидов и поликетидов. В них обнаружили соответствующие гены, а преобладали они в почве у здоровых томатов в начале эксперимента.
Кроме этих двух родов ученые выявили другие, которые преобладали у здоровых растений: Gp16 (из типа Acidobacteria), Spartobacteria genera incertae sedis, Dyella, Hyphomicrobium, и Sphingomonas, которые так же вырабатывают антимикробные соединения.
После этого ученые провели еще один эксперимент: попробовали провести трансплантацию почвы. Они объединили почву, взятую от 12 здоровых растений, в четыре горшка, и так же поступили с землей от 12 увядших растений. Часть почвы от здоровых томатов простерилизовали и таким образом получили контрольные образцы. Во все образцы почвы посеяли патоген, а затем — семена томата. После трех недель авторы работы подсчитали увядшие растения: оказалось, что в почве, взятой от здоровых растений из прошлого опыта, заболело и увяло 20 процентов рассады. В горшках с почвой от больных растений и в контрольных образцах заболело от 75 до 91 процента растений.
Авторы работы утверждают, что им удалось показать не просто корреляцию, а причинно-следственную связь между присутствием некоторых таксонов бактерий в почве и риском заболевания растения. Результаты показали, что полезной может быть и трансплантация почвы или другие способы контролировать состав ее микробиоты. Теперь нужно выяснить, какая микробиота типична для корневой зоны томата, чтобы знать, нужно ли в нее что-то добавить, или же наоборот — что-то убрать.
Другой вывод из исследования может значим для севооборота: разные виды растений способствуют развитию разной микробиоты, поэтому нужно будет учитывать это, чтобы не увеличивать риск инфекционных болезней одних растений, вырастив на поле перед этим другие.
Мы уже писали про взаимоотношения помидоров с патогенами. Иногда они не только вредят растению: исследование британских ученых показало, что вирус мозаики огурцов, инфицирующий томат, делает его более привлекательным для насекомых-опылителей.
