эксклюзив
Также предполагается выявить агентов биоконтроля, естественно доступные в их почвах, для борьбы с основными возбудителями болезней сельхозкультур
Об это пишет Кэролайн Кинг в статье, опубликованной на портале www.topcropmanager.com: «В Манитобе и Саскачеване реализуется интригующий проект по изучению почвенных микробных сообществ вплоть до генного уровня. Главным исследователем проекта является Сибен Ван, научный сотрудник Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады (AAFC) в Мордене, Манитоба. Его работа в основном сосредоточена на фузариозе ячменя и овса, поэтому он очень заинтересован в источниках инокулята Fusarium в поле.
Обычно считается, что гриб Fusarium перезимовывает на зараженных растительных остатках, а затем в следующем вегетационном сезоне высвобождает переносимые по воздуху споры для распространения. Ван отмечает: «Фузариоз вызывает не только гниль колоса у зерновых, но является в некоторой степени причиной корневых гнилей злаковых, бобовых и рапса. В связи с этим хотелось бы лучше понимать влияние севооборота на почвенные патогены и то, могут ли биологические агенты справиться с такими угрозами, как фузариоз».
Вместе с коллегами Ван определил первые цели проекта: 1) как различные модели почвенного микробного сообщества, их обилие и разнообразие связаны с типом севооборота, уровнем заболеваемости сельскохозяйственных культур и уровнем патогенов в почве; 2) выявление севооборотов, которые, как правило, содержат больше агентов биоконтроля и меньше патогенов в почве.
На небольших участках ученые, начиная с 2020 года, сравнивают двухлетние севообороты, включающие различные комбинации трех категорий культур: зерновые культуры, представленные твердой пшеницей, ячменем и кукурузой; бобовые, представленные соей и горохом; масличные культуры, представленных рапсом.
Они собрали данные о таких факторах, как уровень заболеваемости сельскохозяйственных культур и урожайность зерна. Они также дважды собирали образцы почвы — в середине вегетационного периода и после сбора урожая — для дальнейшего анализа. Хотя команда в настоящее время еще анализирует свои данные, Ван поделился некоторыми предварительными результатами.
Пять основных грибных патогенов, передающихся через почву
Команда проекта использует различные типы анализа для изучения микробиомов в образцах почвы. Один из компонентов этой работы с ДНК включает в себя метагеномный анализ — изучение последовательностей ДНК всех организмов в каждом образце почвы — для определения состава, численности и разнообразия микробного сообщества почвы.
Судя по результатам, полученным на данный момент для обоих полевых участков, наиболее распространенными грибковыми патогенами, передающимися через почву, являются:
- виды Fusarium (около шести процентов от общего числа последовательностей ДНК);
- виды Ustilago, вызывающие головню (около пяти процентов от общего числа последовательностей ДНК);
- виды Alternaria, вызывающие болезни листьев, плесени при хранении и другие проблемы (около трех процентов);
- Leptosphaeria, вызывающая черную ножку у рапса (около трех процентов);
- Rhizoctonia, одна из причин корневых гнилей (около 1%).
Ученые подчеркивают: большое количество ДНК Ustilago может показаться удивительным, учитывая, что головня довольно редко встречается в канадских прериях. Тем не менее, поясняет Ван, единственная тому причина – контроль головни за счет посадки устойчивых к этой болезни сортов и соответствующей обработки семян.
Короткие севообороты — большой эффект
Ученые оценили, насколько быстро севооборот влияет на характеристики микробного сообщества почвы. И этот проект дал ценную информацию о последствиях очень коротких ротаций.
«Из данных, которые у нас есть на данный момент, кажется, что даже один или два года ротации окажут сильное влияние на микробный состав почвы, — говорит Ван. — Наш анализ четко отличает популяции микробов в почве, например, от севооборотов зерновых/зерновых, от севооборотов зерновых/бобовых и от севооборотов бобовых/канолы (рапса)».
Некоторые бактерии способны производить соединения, подавляющие или уничтожающие грибы. Команда проекта ищет в ДНК образцов почвы определенные бактериальные гены, которые, как известно, связаны с производством таких противогрибных соединений.
Для этой работы они используют протокол, называемый секвенированием, который генерирует примерно один миллион последовательностей ДНК из образцов почвы.
«Мы сравниваем созданные нами последовательности ДНК с панелью из примерно 2500 различных видов бактериальных генов, которые могут способствовать борьбе с болезнями, — рассказал Ван. — Например, панель включает гены, кодирующие хитиназы, гены, кодирующие различные антибиотики, и гены, кодирующие сидерофоры. Мы недавно закончили наш первый этап скрининга, обнаружив от 50 до 60 таких генов в образцах почвы, собранных на исследовательских участках. Теперь мы ищем корреляции между обработкой севооборота и обилием этих генов».
Результаты этого анализа могут дать команде лучшее понимание того, какие именно гены биоконтроля имеют первоочередную важность. Имея эту информацию, они могли бы сузить эти 50–60 генов до группы примерно из 15–20 ключевых генов-индикаторов — тех генов, которые действительно важны для борьбы с основными грибными патогенами, но не влияют на полезные почвенные грибы.
В ближайшие месяцы команда завершит анализ данных этого проекта севооборота. Затем Ван надеется использовать эту небольшую панель ключевых генов биоконтроля для скрининга многих других образцов почвы. В идеале он хотел бы собрать образцы с полей производителей по всей Манитобе, чтобы определить, какие из них имеют наилучший потенциал для подавления важных почвенных патогенов.
Кроме того, наряду с изучением эффектов севооборота Ван приступит к изучению влияния других методов, таких как обработка почвы, фунгициды, удобрения и устойчивые/восприимчивые сорта культур, на микробиомы почвы.
«Я думаю, что очень важно пытаться работать с природой, задействовав местные полезные бактерии в наших почвах, — заключает Ван. — Если мы сможем найти способы продвижения почвенных микробиомов, подавляющих болезни, это поможет фермерам получать более качественные урожаи и снижать производственные затраты, поможет окружающей среде».
По результатам расширенного исследования для растениеводов подготовят рекомендации — какие системы производства лучше всего подходят для увеличения популяций биоконтролирующих бактерий и подавления популяций патогенов».
(Источник: www.topcropmanager.com. Автор: Кэролайн Кинг. Фото: Дмитрий Лукьянов).