«Изменение вида сельскохозяйственных культур значительно меняет содержание микробов в почве, что, в свою очередь, помогает растению усваивать питательные вещества, регулировать рост и защищать себя от вредителей и болезней, повышая урожайность», – сказал профессор Филип Пул из Центра Джона Иннеса.
Почва была собрана с поля недалеко от Норвича и засажена пшеницей, овсом и горохом.
После выращивания пшеницы она практически не изменилась, а микробы в ней были в основном бактериями. Однако выращивание овса и гороха в одном образце вызвало огромный сдвиг в сторону простейших и нематодных червей.
Почва, выращенная на горохе, была высокообогащена грибами.
«Почва вокруг корней была похожей до и после выращивания пшеницы, но горох и овес восстанавливают разнообразие микробов», – сказал профессор Пул.
Все организмы на нашей планете можно разделить на прокариот (включая бактерии) и эукариот (включая людей, растения и животных, а также грибы).
Всего через четыре недели роста почва, окружающая пшеницу, содержала около 3% эукариот. Для овса и гороха этот показатель вырос до 12-15%.
Изменение баланса, вероятно, будет еще более заметным на поле, где культуры выращиваются в течение месяцев, а не недель.
Ранее анализ полагался на амплификацию образцов ДНК. Это ограничивает ученых возможностью анализировать только одну таксономическую группу за раз, например, бактерии. Это также означает, что анализируется все, что присутствует в этой группе, а не то, что играет активную роль.
Каждый грамм почвы содержит более 50000 видов бактерий, поэтому задача огромна.
Активно экспрессируемых генов или РНК относительно мало.
Теперь можно секвенировать РНК между царствами, чтобы можно было сделать полный снимок активных бактерий, грибов, простейших и других микробов в почве. Исследование проводилось в сотрудничестве с Университетом Восточной Англии и Центром анализа генома в Норвичском исследовательском парке.
«Посредством секвенирования РНК мы можем увидеть общую картину активных микробов в почве», – сказал аспирант Том Тернер из Центра Джона Иннеса.
"Это также позволяет нам понять, что они там делают, включая то, как они могут помочь растениям."
«Наша работа помогает объяснить опыт фермеров в поле», – сказал профессор Пул.
«Лучшие семена необходимо сочетать с лучшими агрономическими практиками, чтобы получить все потенциальные выгоды."
"В то время как продолжение посадки одного вида в монокультуре тянет почву в одном направлении, а вращение – в другом, приносит пользу здоровью почвы."
Семена можно засеять бактериями перед посадкой, как и люди, принимающие дозу дружественных бактерий.
Но это не позволяет достичь разнообразия или количества микробов, обнаруженных в этом исследовании.
Ученые также вырастили сорт овса, неспособный производить нормальный уровень авенацина, соединения, которое защищает корни от грибковых патогенов. Они ожидали, что в результате почва будет содержать более высокий уровень грибков, но вместо этого обнаружили, что в ней содержится большее разнообразие других эукариот, таких как простейшие.
Результаты исследования могут быть использованы для создания сортов растений, способствующих появлению полезных микробов в почве. Ученые Центра Джона Иннеса уже изучают возможность создания зерновых культур, способных связываться с азотфиксирующими бактериями, обычно связанными с горохом.
«Небольшие изменения в генотипе растений могут иметь сложные и неожиданные последствия для почвенных микробов, окружающих корни», – сказал профессор Пул.
"Ученые, селекционеры и фермеры могут максимально использовать эти эффекты не только с тем, что они выращивают, но и с тем, как они это выращивают."