Чем больше питательных веществ получают растения естественным путем, тем меньше требуется искусственных удобрений. Понимание этого естественного процесса как первого шага к его потенциальному усилению является постоянной исследовательской задачей.
Прогресс, вероятно, принесет огромные дивиденды производительности сельского хозяйства.
В исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, исследователи использовали ярко-красные пигменты свеклы – беталаины – для визуального отслеживания почвенных грибов, когда они колонизировали корни растений в живом растении.
"Теперь мы можем проследить, как развиваются отношения между грибами и корнями растений, в режиме реального времени с момента их контакта. Раньше мы понятия не имели о том, что произошло, потому что не было возможности визуализировать это на живом растении без использования сложной микроскопии », – сказал доктор Себастьян Шорнак, исследователь лаборатории Сейнсбери Кембриджского университета и соавтор статьи.
Для достижения своих результатов исследователи сконструировали два модельных вида растений – бобовое и табачное растение – так, чтобы они производили хорошо заметные беталаиновые пигменты, когда в их корнях присутствовали грибы арбускулярной микоризы. Это включало объединение контрольных областей двух генов, активируемых микоризными грибами, с генами, которые синтезируют пигменты беталаина красного цвета.
Затем растения выращивали в прозрачной структуре, чтобы была видна корневая система, и изображения корней можно было делать с помощью планшетного сканера, не беспокоя растения.
Используя свою технику, исследователи могли выбрать красные пигментированные части корневой системы, чтобы более внимательно наблюдать за грибком, когда он проникал в отдельные клетки растения и образовывал сложные древовидные структуры, называемые арбускулами, которые растут внутри корней растения.
Арбускулы поглощают питательные вещества из почвы, которые в противном случае были бы недоступны для растений.
Существуют и другие методы визуализации этого процесса, но они включают в себя выкапывание и уничтожение растения, а также использование химикатов или дорогостоящую микроскопию. Эта работа позволяет впервые наблюдать на глаз и с помощью простых изображений, как симбиотические грибы начинают колонизировать живые корни растений и со временем заселяют части корневой системы растений.
"Это новый захватывающий инструмент для визуализации этого и других важных производственных процессов. Свекольные пигменты имеют характерный цвет, поэтому их очень легко увидеть. У них также есть то преимущество, что они являются натуральными растительными пигментами, поэтому они хорошо переносятся растениями », – сказал доктор Сэм Брокингтон, научный сотрудник Департамента растениеводства Кембриджского университета и соавтор статьи.
Грибы микоризы вызывают растущий интерес в сельском хозяйстве.
Этот новый метод дает возможность «отслеживать и отслеживать» присутствие симбиотических грибов в почвах из разных источников и мест. Исследователи говорят, что это позволит выбрать грибы, которые быстрее всего колонизируют растения и принесут наибольшую пользу в сельскохозяйственных сценариях.
Понимание и использование динамики колонизации корневой системы растений грибами имеет потенциал для увеличения производства сельскохозяйственных культур в будущем экологически устойчивым способом. Если растения могут естественным образом поглощать больше питательных веществ, это снизит потребность в искусственных удобрениях – сэкономит деньги и уменьшит загрязнение воды.