Внесение в почву микробов может помочь сократить использование токсичных инсектицидов.
Фермеры боятся кукурузного червеца (Diabrotica virgifera virgifera), поражающего корни растений кукурузы, которые ослабевают и опадают на ветру. Только в США ущерб от него ежегодно превышает 1 миллиард долларов. Бороться с этим вредителем стало сложнее, поскольку он приобрел устойчивость к синтетическим инсектицидам, генетически модифицированным культурам и даже севообороту.
Теперь, похоже, кукурузе можно дать возможность защищаться. В ходе одного из самых надежных на сегодняшний день тестов стратегии вакцинации под названием "индуцированная системная резистентность" исследователи сообщают, что посев семян совместно с микробами усиливает защитные свойства растений кукурузы, помогая отпугивать корневого червя и защищать урожай. Результаты, опубликованные в этом месяце в журнале Phytobiomes, свидетельствуют о том, что бактериальный штамм является “жизнеспособной, эффективной в полевых условиях и экологичной альтернативой токсичным синтетическим пестицидам”, - считает Густаво Сантойо, молекулярный биолог из Мичоаканского университета (Мексика), который не принимал участия в исследовании.
Кукурузный червец эволюционировал вместе с предками кукурузы, поскольку он был давным-давно одомашнен в Мексике и в течение последнего столетия непрерывно распространялся. Его личинки питаются корнями, нанося наибольший ущерб там, где фермеры из года в год выращивают кукурузу на одних и тех же полях и постоянно используют одни и те же методы борьбы, особенно инсектициды. Исследователи из компании NewLeaf Symbiotics (США), искали более долгосрочную стратегию, основанную на индуцированной системной устойчивости. Известно, что полезные бактерии могут действовать подобно вакцине, активируя защитную систему растений, чтобы они быстрее и эффективнее реагировали на появление вредителя или патогена. Ранее этот метод был разработан как универсальная защита от болезней растений, но получить масштабные доказательства эффективности было непросто. Новый штамм микробов, по-видимому, является очень эффективным.
Начиная с 1980-х годов, исследователи обнаружили доказательства того, что группа распространенных почвенных бактерий, называемых факультативными метилотрофами с розовой пигментацией, может приносить пользу растениям, например, улучшая всхожесть семян и стимулируя рост. Компания NewLeaf потратила годы на то, чтобы использовать этот эффект для улучшения состояния сельскохозяйственных культур. В 2013 году во время полевых экспериментов со штаммом под названием TS201 было обнаружено, что растения на участках с внесенными бактериями, остались стоять после того, как ураганный ветер уничтожил весь урожай. “Вы должны прийти и посмотреть на это”, - сказал фермер исследователя, вспоминает Натали Брейкфилд, главный научный сотрудник NewLeaf и соавтор новой статьи. У этих растений, как было обнаружено, было больше корней, чем на других участках, что свидетельствовало о том, что они сопротивлялись поеданию корневыми червями.
Последующие исследования TS201, проводившиеся в течение 7 лет на небольших участках, показали, что у кукурузы, выращенной с использованием этого штамма, корни были повреждены меньше, чем на контрольных участках. На этих участках также содержалось примерно на 1,5% больше зерна, что составило бы дополнительные 220 килограммов с гектара. В 2022 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) одобрило коммерческое использование TS201 как безопасного, что открыло путь для более масштабных испытаний. Эти испытания показали схожие результаты в восьми штатах. “Эффект, по-видимому, довольно устойчивый, и это обнадеживает”, - рассказала Брейкфилд.
В ходе лабораторных исследований сельскохозяйственный энтомолог Ман Хьюин и его коллеги из Университета Миссури и Министерства сельского хозяйства США обнаружили, что личинки корневых червей избегают корнеплодов кукурузы, выращенной с использованием TS201. Дополнительные эксперименты, также описанные в новой статье, показали, что растения кукурузы, подвергшиеся воздействию TS201, активируют гены, которые вырабатывают летучее органическое вещество под названием метилантранилат, которое накапливается в корнях и выделяется ими. Для начала этого процесса не обязательно присутствие корневого червя, что свидетельствует о том, что резистентность вызывают именно микробы. “Редко бывает, чтобы вы могли проследить за сигналами микробов на всем пути от полевых наблюдений до молекулярной биологии”, - говорит Хьюин, чье исследование спонсировалось NewLeaf.
Недавние исследования показывают, что растениям часто помогают сообщества полезных микробов, но в данном случае защита, по-видимому, обеспечивается только одним штаммом. “Здесь мы имеем дело с исключением из правил”, - говорит Хьюин. По его словам, TS201 может привлекать или координировать другие микробы в полевых условиях. Но он отмечает, что в своих лабораторных экспериментах он обрабатывал стерильную почву, так что, предположительно, в ней содержался только TS201. TS201, по-видимому, не так эффективен, как синтетические инсектициды. Но периодическое использование этого микробиологического препарата может принести пользу фермерам в долгосрочной перспективе, уменьшив вероятность развития устойчивости к другим препаратам, полагает Хьюин.
TS201 также может принести пользу другим культурам. NewLeaf утверждает, что у нее есть неопубликованные исследования, показывающие, что этот штамм защищает культуры не только от корневого червя, но и от семи других вредителей, включая долгоносиков и проволочников. EPA недавно одобрило использование TS201 для выращивания сои, риса и хлопка. “Я думаю, что это многообещающее средство”, - считает Хьюин.
