Биоудобрения из горных глубин. Актинобактерии помогут сельскохозяйственным растениям избежать дефицита железа

Ученые определили, что бактерии Nocardia mangyaensis NH1 синтезируют более 10 различных соединений, способных связывать металлы из окружающей среды. Благодаря способности к формированию комплексов с металлами, исследуемый микроорганизм можно использовать в качестве биоудобрения, повышающего доступность микроэлементов для сельскохозяйственных растений.

Кроме того, авторы выяснили, что N. mangyaensis NH1 синтезирует соединения с антиоксидантной и противогрибковой активностью, поэтому препараты на основе микроорганизма помогут в борьбе с инфекциями растений. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Scientific Reports.

Сельское хозяйство сегодня сталкивается с множеством проблем: почвы становятся менее плодородными, увеличивается число болезней сельскохозяйственных культур и, как следствие, снижается урожайность. Сельскохозяйственные растения часто испытывают недостаток биодоступного железа из-за ряда причин, включая избыточное применение химических удобрений. Дефицит ионов железа ведет к нарушениям процессов дыхания растений, обмена веществ и производства хлорофилла — пигмента, необходимого для фотосинтеза.

Участники исследовательского коллектива. Источник: Татьяна Ивойлова.

Исправить ситуацию могут почвенные бактерии, синтезирующие сидерофоры — низкомолекулярные вещества, связывающие ионы железа. Благодаря этим соединениям микроорганизмы поглощают труднодоступное железо из почвы и передают его растениям в процессе симбиоза. Один из таких микроорганизмов — Nocardia mangyaensis — почвенная палочковидная бактерия, которая способна связывать железо и может служить перспективным биоудобрением.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) выделили бактерию N. mangyaensis NH1 из горных пород, проанализировали геном бактерии и определили кластеры генов, отвечающих за синтез сидерофоров. В частности, авторы выявили два класса ферментов, которые синтезируют пептиды (короткие белковые молекулы) с различными функциональными группами, необходимые для производства сидерофоров. Изучение этих ферментов, участвующих в образовании сидерофоров, имеет большое значение для биоинженерных разработок в различных областях промышленности, включая сельское хозяйство.

Объект исследования: бактерия Nocardia mangyaensis NH1. Источник: Татьяна Ивойлова.

Авторы также проанализировали химический состав синтезируемых бактерией соединений, что позволило, наряду с сидерофорами, обнаружить фитогормоны, липопептиды и циклические пептиды, обладающие способностью связывать металлы, а также антиоксидантной и антифитопатогенной активностью в отношении наиболее часто встречающихся микроскопических грибов, которые вызывают болезни картофеля и пшеницы. Совокупность целого ряда биологических активностей свидетельствует о том, что внесение в почву культуры Nocardia mangyaensis NH1 способно помочь растениям избежать дефицита железа и одновременно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур, снизить потери урожая от болезней и стрессовых факторов.

Один из экологически привлекательных способов повысить урожайность сельскохозяйственных растений — это внесение в почву биопрепаратов на основе бактерий. Полученные нами данные необходимы для разработки биоудобрений и биопестицидовпутем направленной модификации бактерий для оздоровления почвы, увеличения урожайности и повышения устойчивости растений к различным стрессорам.

• Маргарита Шарипова, руководитель проекта, доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии Казанского (Приволжского) федерального университета.

Первый автор статьи Ирина Хиляс. Источник: Татьяна Ивойлова.

Изображения: пресс-служба Российского научного фонда