Мексиканская кукуруза научилась получать азот от бактерий

Ученые из США и Мексики описали сорт кукурузы, получающей азот от бактерий-симбионтов — такая способность растения может сократить расход удобрений в сельском хозяйстве. Исследование опубликовано в журнале PLOS Biology.

Азотфиксирующие бактерии, способные усваивать молекулярный азот из воздуха и переводить его в форму, доступную для растений, помогают растениям семейства бобовых и некоторым другим видам получать необходимый им азот. Если привить способность вступать в симбиоз с бактериями основным видам сельскохозяйственных культур, особенно злакам, можно существенно снизить объем использования азотных удобрений, которые загрязняют почву и водоемы. Авторы исследования пишут, что на производство азотных удобрений, которое сопровождается выбросами парниковых газов, тратится около двух процентов всего объема вырабатываемой энергии в мире.

Местный сорт кукурузы Sierra Mixe, использующий азотфиксирующие бактерии, впервые обнаружил один из соавторов работы Говард-Яна Шапиро (Howard-Yana Shapiro), который, как отмечает пресс-служба журнала, нашел его в поле неподалеку от мексиканского города Оахака 30 с лишним лет назад. Почва в этих местах бедна азотом, и растение приспособилось удовлетворять свою потребность в азоте с помощью бактерий, живущих на воздушных корнях растения. Воздушные корни у основания стебля выделяют слизь с большим количеством сахаров, в которой и живут азотфиксирующие бактерии.

«Сама идея того, что отдельные местные разновидности кукурузы могут вступать в связь с азотфиксирующими бактериями, не нова, но было трудно найти такое растение и показать, что такая связь действительно дает растению необходимый азот», — сказал руководитель проекта Алан Беннетт (Alan Bennett) из Калифорнийского университета в Дэвисе.

Чтобы понять, действительно ли растение получает азот из воздуха, ученые оценивали соотношение изотопов азота-14 и азота-15: значительно более редкого азота-15 в почве больше, чем в воздухе, и у растений с азотфиксирующими бактериями его относительный уровень в тканях будет меньше. Так им удалось показать, что кукуруза Sierra Mixe получает от бактерий, по разным оценкам, от 29 до 82 процентов всего необходимого ей азота.

Беннетт и его коллеги рассчитывают выяснить, могут ли другие растения, например, сорго, использовать свои воздушные корни для взаимодействия с бактериями. Кроме того, в будущем они планируют определить генетические механизмы возникновения этого свойства у кукурузы, состав бактериальных сообществ и механизмы их появления на воздушных корнях.

Ранее ученые из США, Канады и Индии показали, что кукуруза, выращиваемая в Северной Америке, обладает высокой урожайностью благодаря интенсивной селекции, но работает это только когда растение произрастает в тех условиях, для которых его отбирали — к другим местам кукуруза адаптируется плохо, и ее урожайность снижается.