Почвенные микробы хранят память о климате, влияя на рост растений

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Microbiology, раскрывает удивительную способность почвы «помнить» прошлое. Оказывается, микроорганизмы в почве сохраняют память о пережитых климатических условиях, например, о засухе, и это наследие напрямую влияет на здоровье и рост растений.

Чтобы понять этот механизм, команда ученых из Канзасского университета провела масштабный эксперимент. Они собрали образцы почвы из шести разных точек штата Канзас – от более влажных восточных районов до засушливых западных равнин. Это позволило сравнить, как «память» микробов меняется в зависимости от климата. В лаборатории ученые в течение пяти месяцев подвергали почвенные сообщества воздействию либо обильного полива, либо сильной засухи, чтобы закрепить у микробов контрастную «память» о доступности влаги.

«Бактерии, грибы и другие организмы, живущие в почве, оказывают важное влияние на такие процессы, как удержание углерода и круговорот питательных веществ, но нас особенно интересовало их наследие для растений», – объясняет соавтор работы Мэгги Вагнер, доцент экологии и эволюционной биологии. Результаты показали, что даже спустя тысячи поколений бактерий память о засухе сохранялась.

Наиболее интересным аспектом стало то, что эффект «памяти» был гораздо сильнее выражен у растений, которые исторически произрастали в этих местах, по сравнению с сельскохозяйственными культурами. Исследователи сравнили реакцию кукурузы и гаммаграсса – местного злака. Оказалось, что местные растения лучше «договариваются» с микробами, хранящими память о локальном климате.

Ученые связывают это с коэволюцией. «Мы думаем, что это связано с долгой совместной эволюционной историей этих растений, – говорит Вагнер. – В течение очень длительных периодов гаммаграсс жил с этими самыми микробными сообществами, а кукуруза – нет». Кукуруза была одомашнена в Центральной Америке и появилась в этом регионе сравнительно недавно.

Чтобы заглянуть глубже, команда изучила активность генов у растений и микробов. Они обнаружили ген под названием никотианаминсинтаза. Он отвечает за выработку молекулы, которая помогает растениям усваивать железо из почвы, а также, по некоторым данным, повышает их устойчивость к засухе. Самым поразительным было то, что растение активировало этот ген в условиях засухи, но только тогда, когда росло в почве с микробами, у которых была «память» о засушливых условиях. Реакция растения на стресс зависеla от прошлого опыта его невидимых соседей.

Это открытие имеет огромное значение для сельского хозяйства. Гаммаграсс уже рассматривается как источник полезных генов для улучшения стрессоустойчивости кукурузы. Кроме того, результаты исследования могут подсказать биотехнологическим компаниям, где искать полезные микробы для создания добавок к удобрениям. Коммерциализация микробных препаратов для сельского хозяйства – это многомиллиардная и постоянно растущая индустрия, и понимание «памяти» почвы открывает для нее новые горизонты.