Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом

Новое исследование, проведенное под руководством Оксфордского университета, показывает, что одомашнивание человеком сельскохозяйственных культур может изменить сообщества микроорганизмов, связанных с растениями. Интересно, что независимые события одомашнивания оказывали схожее воздействие на микробиом растений.

Результаты исследования опубликованы сегодня в журнале Current Biology.

Ведущий исследователь доктор Риккардо Солдан (факультет биологии Оксфордского университета) сказал:

Наше исследование доказывает, что независимо от того, где и как происходило одомашнивание, у одомашненных растений есть микробные сообщества, которые отличают их от диких аналогов. Эти знания важны, поскольку если мы будем знать, что определенный вид одомашненных культур постоянно ассоциируется с определенными микробами, то в один прекрасный день мы сможем спроектировать эти сообщества, чтобы обеспечить положительный эффект для растения-хозяина.

Поскольку микроорганизмы могут оказывать многочисленные положительные эффекты на растения-хозяева, такие как усиление роста, стрессоустойчивость, устойчивость к засухе и болезням, эти выводы могут в конечном итоге помочь разработать подходы на основе микробов для повышения урожайности и продовольственной безопасности. Например, предыдущая работа исследовательской группы предполагает, что одомашнивание могло снизить способность культурных растений привлекать микроорганизмы, повышающие устойчивость к болезням.

В новом исследовании ученые проанализировали микробные сообщества, связанные с двумя видами сельскохозяйственных культур, которые, как известно, были одомашнены независимо друг от друга несколько раз в Мезоамерике и Южной Америке: Phaseolus vulgaris (обыкновенная фасоль) и Phaseolus lunatus (лимская фасоль). Это означает, что у них есть ряд реплик для события, которое длилось тысячи лет.

Поскольку исследователи хотели понять, связаны ли какие-либо изменения в микробиоме с признаками растений, которые подверглись отбору человеком в процессе одомашнивания, они сосредоточились на микробах, связанных с семенами. У семенных культур, таких как фасоль, семена претерпели значительные изменения в процессе одомашнивания. Например, семена одомашненных бобов значительно крупнее, чем у их диких сородичей, и отличаются по содержанию минералов (что связано с улучшением качества семян и кулинарных свойств).

Используя статистические методы и методы машинного обучения, исследователи обнаружили значительные различия в составе микробных сообществ, связанных с бобами диких и одомашненных растений.

Более того, эти изменения в численности и составе микробиома коррелировали с изменениями в минеральном составе семян в ходе нескольких событий одомашнивания. В частности, снижение концентрации кальция в семенах одомашненной P. vulgaris, которое могло быть следствием селекции на улучшение кулинарных свойств, заметно коррелировало с изменениями в составе микробиома.

Главный исследователь, профессор Гейл Престон (факультет биологии Оксфордского университета), прокомментировала:

Наши результаты свидетельствуют о том, что сходство микробных сообществ независимо одомашненных растений может быть частично объяснено тем, что одомашненные растения имеют близкородственные признаки.

В данном случае независимые процессы одомашнивания, в ходе которых отбирались более крупные и качественные семена в двух разных регионах Америки, сформировали микробиом семян сходным образом.

Понимание факторов, формирующих микробные сообщества диких и одомашненных растений, может открыть захватывающие возможности для изменения состава микробиома одомашненных культур с целью повышения устойчивости и продуктивности.

В дальнейшей работе команда исследователей намерена изучить влияние одомашнивания на другие признаки растений и на более широкий спектр видов культур. Ключевой вопрос заключается в том, существуют ли полезные признаки, присутствующие в диких видах, которые способствуют формированию разнообразного и полезного для здоровья микробиома, который может быть вновь введен в одомашненные культуры.

Фото: https://www.inaturalist.org/observations/57850980 и https://www.inaturalist.org/observations/66762859

16.01.2024