Skip to main content

Role of bacterial cellulases in the transition from free living to root endophytes in rapeseed crops and in the design of efficient biofertilizers

Article Category

Article available in the folowing languages:

Wykorzystywanie bakterii jako organicznego nawozu do uprawy roślin

Zwiększanie produkcji żywności przy użyciu minimalnej ilości zasobów i jednoczesnej ochronie środowiska jest dużym wyzwaniem dla ludzkości. W ramach inicjatywy realizowanej przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie” w roli nawozu służącego do zwiększania plonów użyto bakterii wspomagających wzrost roślin.

Zmiana klimatu i środowisko
Żywność i zasoby naturalne
Zdrowie

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

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania