Badania nad mikrobiomem korzeni wspomagają rozwój zrównoważonego rolnictwa
Korzenie pobierają składniki odżywcze i wodę z gleby oraz mają kluczowe znaczenie dla wzrostu i przetrwania rośliny. W związku z tym rola mikrobiomu korzenia – wirusów, bakterii, grzybów glebowych itp. wchodzących w interakcje z korzeniem – została porównana do roli mikrobiomu jelitowego u zwierząt. „Mikroorganizmy glebowe są niezwykle ważnym zasobem w rolnictwie”, mówi Tania Galindo z Politechniki Federalnej w Zurychu w Szwajcarii, stypendystka działania „Maria Skłodowska-Curie” i koordynatorka projektu ROOTPHENOBIOME. „Lepsze poznanie biologii tych mikroorganizmów może umożliwić nam lepsze odżywianie, poprawę zdrowia roślin oraz zwiększenie ich odporności na suszę”. Struktura i anatomia określonych typów korzeni może mieć wpływ na rozwój mikrobiomu. Hodowla roślin z uwzględnieniem cech charakterystycznych dla ich korzeni stała się ważną dziedziną badań i cieszy się rosnącym zainteresowaniem ze strony przemysłu. „Podczas studiów doktoranckich w Stanach Zjednoczonych odkryłam, że te dwie dziedziny wzajemnie się uzupełniają”, wyjaśnia Galindo. „Moja hipoteza jest taka, że synergie między cechami korzeni a drobnoustrojami można wykorzystać do pokonania pewnych wyzwań we współczesnym rolnictwie. Uważam, że jest to dziedzina, która ma wielki potencjał i chciałam przyczynić się do lepszego zrozumienia tej synergii”.
Odkrywanie mikrobiomu korzeni
Głównym celem projektu ROOTPHENOBIOME, realizowanemu przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, było znalezienie powiązań między cechami korzeni a składem i funkcją flory mikrobiologicznej. Galindo chciała również sprawdzić, w jaki sposób struktura korzeni i mikrobiom mogą oddziaływać na siebie, gdy stężenie azotu jest niskie. Na tej podstawie można by wyodrębnić i wyhodować bardziej odporne rośliny. W tym celu Galindo wraz z zespołem zasadziła kukurydzę w pojemnikach z glebami o różnym składzie i o różnej zawartości azotu. Pozwoliło to badaczom na dokładną analizę i opisanie mikrobiomu korzeniowego. Rośliny o odmiennej strukturze i anatomii korzeni były uprawiane na glebach o niskiej zawartości azotu. „Chcieliśmy zidentyfikować powiązania między mikrobiomem korzeni a reakcją roślin na różne poziomy azotu w podłożu”, dodaje Galindo.
Zaawansowana hodowla roślin
Zespołowi projektu udało się znaleźć istotne zależności między bakteriami a ukształtowaniem korzeni w warunkach niskiego poziomu azotu. Może to pozwolić na wyselekcjonowanie mikrobiomów, które poprawią tolerancję roślin na niski poziom azotu lub sprawią, że rośliny będą w stanie absorbować więcej azotu dzięki dopasowaniu mikrobiomu do określonych typów korzeni. „Nasze wyniki mogą wykorzystać hodowcy roślin, którzy poszukują markerów genetycznych roślin związanych z ich mikrobiomem”, zauważa koordynatorka. „Nasz system do prowadzenia takich badań można łatwo wdrożyć w dowolnym laboratorium i badać własne rośliny. Mamy nadzieję, że nasze prace staną się inspiracją do dalszych badań nad wzajemnym oddziaływaniem budowy i anatomii korzeni”. Na nadchodzące lata planowane są eksperymenty na roślinach o wybranych fenotypach związanych z budową i anatomią korzeni mające na celu stworzenie specjalnego mikrobiomu korzeniowego. W międzyczasie Galindo i jej zespół chcą edukować rolników, osoby zaangażowane w przemysł rolny, decydentów politycznych i społeczeństwo na temat znaczenia korzeni i mikroorganizmów. „Są to cenne zasoby, które posłużą stworzeniu wydajniejszych roślin żyjących z najlepszymi społecznościami mikroorganizmów i wspomogą zrównoważone rolnictwo”, mówi badaczka. „Mam nadzieję, że nasze odkrycia pomogą w stworzeniu inokulantów mikrobiologicznych do nasion o określonych fenotypach korzeni. Pomoże im to we wchodzeniu w kontakt z synergicznymi społecznościami mikroorganizmów na polach uprawnych i zwiększy możliwości zagospodarowania zasobów obecnych w glebie”.
Słowa kluczowe
ROOTPHENOBIOME, gleba, mikroorganizmy, rolnictwo, korzeń, mikrobiom, zrównoważony
