Wykorzystywanie bakterii jako organicznego nawozu do uprawy roślin
W rolnictwie bakterie wspomagające wzrost roślin (ang. plant growth-promoting; PGP) stanowią obiecujące i przyjazne dla środowiska podejście do zwiększania plonów. Jednakże pomimo ich dużego potencjału w warunkach laboratoryjnych wdrożenie ich w naturalnych warunkach glebowych nie przyniosło oczekiwanych rezultatów. Prawdopodobną przyczyną była ich niemożność przystosowania się do nowych warunków lub rywalizacja z rodzimymi populacjami bakterii obecnych w glebie.
Transkryptomiczne podejście do opracowywania nawozów organicznych
W celu rozwiązania tego problemu w ramach finansowanego ze środków UE projektu BIOFERTICELLULASER zainwestowano w poszerzenie wiedzy na temat interakcji molekularnych pomiędzy roślinami a bakteriami PGP. „Naszym celem było zrozumienie czynników, które wpływają na wspomaganie wzrostu roślin przez bakterie i indukcję odporności na stres”, wyjaśnia koordynator projektu Pedro F. Mateos. Naukowcy użyli do badań rzepak (Brassica napus) – roślinę szeroko wykorzystywaną jako źródło pożywienia dla ludzi i paszy dla zwierząt oraz jako roślinę bioenergetyczną. Badacze wyselekcjonowali szczepy bakterii PGP zdolne do przetrwania jako endofity w korzeniach roślin, odporne na wpływ niekorzystnych warunków środowiska zewnętrznego i zwiększające swoje szanse na przeżycie po zastosowaniu na polach. W szczególności badali ich mechanizmy in vitro wspomagające wzrost roślin, takie jak rozpuszczanie sodu i potasu oraz produkcja sideroforów i fitohormonów. Naukowcy wyselekcjonowali najlepsze endofity bakteryjne, przeanalizowali sekwencje ich genomów, a także opisali genomy i zbadali mechanizmy genetyczne bakterii, które potencjalnie wchodzą w interakcje z rośliną w celu wspomagania jej wzrostu. Po przeprowadzeniu testów na polu badacze wyselekcjonowali jeden szczep bakterii PGP, który zapewniał znaczną poprawę wzrostu roślin w warunkach stresu oraz ochronę przed jednym z głównych patogenów grzybiczych atakujących rzepak, Leptosphaeria maculans. Ten konkretny szczep bakterii PGP został poddany analizie transkryptomicznej po zaszczepieniu w korzeniach roślin rzepaku. Doprowadziło to do zidentyfikowania genu uczestniczącego w syntezie metabolitu bakteryjnego, który poprawia wzrost roślin i odporność na stres biotyczny i abiotyczny. Aby dokładniej wyjaśnić jego działanie, naukowcy usunęli gen i sprawdzili, jak wpływa to na rośliny w normalnych warunkach i w warunkach stresu solnego, rośliny uprawiane w szklarniach oraz odporność roślin na patogeny.
Wpływ bakterii PGP jako nawozów organicznych
Intensywnie stosowane w rolnictwie nawozy chemiczne wywierają znaczny wpływ na środowisko, ponieważ zanieczyszczają wodę i glebę, zużywają dużo zasobów naturalnych i emitują do atmosfery tlenek azotu, powodując efekt cieplarniany w stopniu 300 razy większym niż w przypadku CO2. Istnieje powszechna zgoda co do stosowania nawozów przyjaznych dla środowiska, które mogą zwiększać wydajność upraw i pomóc w ograniczeniu stosowania niebezpiecznych nawozów chemicznych. W ramach projektu BIOFERTICELLULASER wyselekcjonowano szczepy bakterii PGP pełniące funkcję nawozu organicznego w oparciu o zdolność zaszczepienia ich w roślinie, w której mają one mniej konkurentów i są chronione przed stresem abiotycznym. Trwające prace nad określeniem innych genów bakteryjnych wchodzących w interakcje z rośliną pomogą wyjaśnić mechanizmy tolerowania niekorzystnych warunków. Pomoże to nie tylko w opracowywaniu nowych i lepszych nawozów organicznych, ale także w doborze odmian roślin o lepszej zdolności do tolerowania warunków stresowych. Jeśli chodzi o przyszłość, Mateos jest przekonany, że „ogromny potencjał wyizolowanego przez nas szczepu bakteryjnego jest wart dalszego wykorzystania”. Naukowcy badają obecnie możliwości zawarcia porozumienia o transferze materiałów z firmami produkującymi nawozy organiczne lub złożenia wniosku patentowego poprzez zapewnienie dodatkowego finansowania.
Słowa kluczowe
BIOFERTICELLULASER, bakterie, warunki stresowe, nawóz organiczny, plony, endofit, wspomaganie wzrostu roślin, analiza transkryptomiczna
