Баклажаны на протяжении тысячелетий привлекали бактерии к своему размножению

Фото из открытых источников

Ученые обнаружили, как гены баклажана влияют на бактерии, обитающие вокруг его корней, выявив скрытую связь между эволюцией и сельским хозяйством. Результаты исследования опубликованы в журнале Horticulture Research.

В то время как фермеры отбирали баклажаны по размеру плодов и лучшему вкусу, растения выполняли совершенно другую функцию. Их гены помогали определять, какие бактерии процветали вокруг их корней. Этот процесс не был полностью случайным.

Были выявлены специфические генетические вариации, связанные с конкретными бактериями, и некоторые из этих вариаций, по-видимому, сформировались под влиянием истории культивирования баклажана и его географического распространения.

Новое исследование застало их за этим занятием, и результаты оказались более странными и полезными, чем кто-либо ожидал. Данное исследование проведено Нанкинским сельскохозяйственным университетом и Гуансийской академией сельскохозяйственных наук. 

Команда работала с 432 сортами баклажанов со всего мира. Они секвенировали их геномы и составили каталог микробных сообществ, обитающих вокруг их корней.

Это самое масштабное исследование такого рода, посвященное баклажанам, и его масштаб был необходим. Это не просто взаимосвязи типа «один ген — один микроб». Большинство признаков растений, влияющих на микробные сообщества, контролируются десятками генов, действующих согласованно. Именно поэтому собрать эту картину до сих пор было так сложно.

От 9% до 39% вариаций в отдельных микробных таксонах обусловлены генетикой хозяина. Это не просто незначительный эффект. Микроорганизмы, играющие ключевую роль в стабильности микробного сообщества – ядро корневого микробиома – находятся под самым строгим генетическим контролем.

Это позволяет предположить, что генетика баклажана играет важную роль в определении того, какие бактерии приживутся вокруг его корней. Исследовательская группа провела полногеномные ассоциативные исследования микроорганизмов и обнаружила 1235 генетических вариантов, связанных с 46 основными микробными таксонами. Вот тут-то и начинаются странности, связанные с тем, что оказалось этими вариантами. 

Ген MYB113, отвечающий за выработку насыщенного фиолетового пигмента, благодаря которому баклажаны легко узнать, связан с бактериями рода Stenotrophomonas. В эту группу бактерий входят виды, продуцирующие гормоны роста, такие как ауксин, гиббереллин и абсцизовая кислота.

Эта взаимосвязь позволяет предположить, что ген, ассоциированный с цветом плодов, может также влиять на микробиом корней. Ген BLH9, регулирующий развитие органов, связан с микобактериями, которые стимулируют рост корней за счет выработки собственного ауксина. 

Локус на хромосоме 5 связан с множеством бактерий из порядка Rhizobiales. Эта группа наиболее известна своей способностью фиксировать азот в бобовых растениях. 

«Растения не являются пассивными получателями помощи от своих микробных партнеров — они активно управляют ими посредством своей генетики», — написали авторы. «Мы обнаружили, что баклажан формирует свой микробиом не случайно, а в рамках адаптации к новым условиям окружающей среды».

Наиболее точный вывод, представленный в статье, также является наиболее убедительным с концептуальной точки зрения. Локусы, наиболее тесно связанные с составом микробиома, расположены в тех областях генома баклажана, которые демонстрируют явные признаки направленного отбора. 

Эти регионы претерпели изменения по мере того, как баклажаны распространялись из Юго-Восточной Азии в Европу и Китай на протяжении столетий торговли и культивирования.  В разных географических популяциях наблюдаются разные комбинации аллелей в этих локусах. Эти комбинации определяют, какие бактерии будут обнаруживаться в корнях.

Таким образом, распространение баклажанов по всему миру было не просто историей о фермерах, собирающих понравившиеся им фрукты. Это также, незаметно для окружающих, история о том, как растения формируют новые микробные сообщества, адаптированные к новым почвам и климату. 

История сельского хозяйства и история микробиологии развивались параллельно на протяжении всего этого времени, и никто об этом не знал.

«Те же самые гены, которые помогли баклажану распространиться по всему миру, также помогли ему привлечь на свой путь нужных микробных союзников», — объяснили авторы. «Партнерские отношения между растениями и микробиомом — это не просто экологические случайности, а результат коэволюции».

Культуры, в которых размножаются полезные бактерии, в конечном итоге могут потребовать меньше удобрений или химической обработки. Однако исследователям еще предстоит продемонстрировать эти преимущества в реальных сельскохозяйственных условиях.

Это не мелочи. Они лежат в основе каждого серьезного обсуждения вопроса о сокращении использования химикатов в сельском хозяйстве без ущерба для урожайности.

Селекция с использованием микробиома подразумевает отбор сортов не только по функциональным свойствам растения, но и по тому, какие микробные сообщества оно формирует вокруг себя. Полученные результаты также могут помочь исследователям понять аналогичные генетические взаимосвязи в других сельскохозяйственных культурах.

Редактирование генов, метаболомика и полевые испытания могут помочь определить, приведут ли эти открытия к практическим преимуществам в сельском хозяйстве. Но для всего этого необходимо знать, в каких именно участках генома следует искать. Именно это, в первую очередь, и дает данное исследование.