Биоудобрения из горных глубин: актинобактерии помогут сельскохозяйственным растениям избежать дефицита железа

Ученые определили, что бактерии Nocardia mangyaensis NH1 синтезируют более 10 различных соединений, способных связывать металлы из окружающей среды. Благодаря способности к формированию комплексов с металлами, исследуемый микроорганизм можно использовать в качестве биоудобрения, повышающего доступность микроэлементов для сельскохозяйственных растений. Кроме того, авторы выяснили, что N. mangyaensis NH1 синтезирует соединения с антиоксидантной и противогрибковой активностью, поэтому препараты на основе микроорганизма помогут в борьбе с инфекциями растений. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Scientific Reports.

Сельское хозяйство сегодня сталкивается с множеством проблем: почвы становятся менее плодородными, увеличивается число болезней сельскохозяйственных культур и, как следствие, снижается урожайность. Сельскохозяйственные растения часто испытывают недостаток биодоступного железа из-за ряда причин, включая избыточное применение химических удобрений. Дефицит ионов железа ведет к нарушениям процессов дыхания растений, обмена веществ и производства хлорофилла — пигмента, необходимого для фотосинтеза. Исправить ситуацию могут почвенные бактерии, синтезирующие сидерофоры — низкомолекулярные вещества, связывающие ионы железа. Благодаря этим соединениям микроорганизмы поглощают труднодоступное железо из почвы и передают его растениям в процессе симбиоза. Один из таких микроорганизмов — Nocardia mangyaensis — почвенная палочковидная бактерия, которая способна связывать железо и может служить перспективным биоудобрением.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) выделили бактерию N. mangyaensis NH1 из горных пород, проанализировали геном бактерии и определили кластеры генов, отвечающих за синтез сидерофоров. В частности, авторы выявили два класса ферментов, которые синтезируют пептиды (короткие белковые молекулы) с различными функциональными группами, необходимые для производства сидерофоров. Изучение этих ферментов, участвующих в образовании сидерофоров, имеет большое значение для биоинженерных разработок в различных областях промышленности, включая сельское хозяйство.

Авторы также проанализировали химический состав синтезируемых бактерией соединений, что позволило, наряду с сидерофорами, обнаружить фитогормоны, липопептиды и циклические пептиды, обладающие способностью связывать металлы, а также антиоксидантной и антифитопатогенной активностью в отношении наиболее часто встречающихся микроскопических грибов, которые вызывают болезни картофеля и пшеницы. Совокупность целого ряда биологических активностей свидетельствует о том, что внесение в почву культуры Nocardia mangyaensis NH1 способно помочь растениям избежать дефицита железа и одновременно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур, снизить потери урожая от болезней и стрессовых факторов.

«Один из экологически привлекательных способов повысить урожайность сельскохозяйственных растений — это внесение в почву биопрепаратов на основе бактерий. Полученные нами данные необходимы для разработки биоудобрений и биопестицидов путем направленной модификации бактерий для оздоровления почвы, увеличения урожайности и повышения устойчивости растений к различным стрессорам», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Маргарита Шарипова, доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии Казанского (Приволжского) федерального университета.