Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Университета Канзаса показали, что почвенные микробы – микроскопические организмы, такие как вирусы, бактерии и грибы, встречающиеся в природе, – играют роль в феномене гетерозиса или «гибридной силы», превосходной эффективности скрещенных организмов. линии растений или гибриды по сравнению с инбредными линиями растений. Гибриды часто используются фермерами для сельскохозяйственного производства из-за их высокой урожайности.
Исследования силы гибридов в целом выявили роль генетических и абиотических факторов окружающей среды, лежащих в основе этого явления. Поэтому открытие того, что биотическая почвенная среда влияет на гетерозис, было немного неожиданным и случайным, говорят исследователи.
«Эта работа приближает нас к лучшему пониманию того, что движет гетерозисом», – сказал Мануэль Кляйнер, доцент кафедры биологии растений и микробов в NC State и соавтор статьи, описывающей исследование. "Микробы играют решающую роль в воздействии на растения кукурузы – это не только температура и тип почвы."
Исследователи экспериментировали с двумя типами инбредных растений кукурузы и гибридом этих двух линий в лабораторных и полевых испытаниях в Северной Каролине и Канзасе.
Исследователи начали с выращивания гибридных и инбредных растений кукурузы в стерильных пакетах; оба типа растений росли корни и побеги одинакового размера внутри мешков. Но когда исследователи добавили в пакеты контролируемый набор микробов, которые, как известно, ассоциируются с корнями кукурузы в природе, гибридные линии росли больше, чем инбредные линии – их корни и побеги весили больше, – показывая ожидаемые эффекты гетерозиса.
«Похоже, это результат отрицательного микробного воздействия на инбредные линии, а не на гибриды», – сказал Кляйнер.
Сходная активность микробов по усилению гетерозиса наблюдалась в полевых испытаниях в Северной Каролине, в которых гибридные и инбредные линии выращивали на необработанных участках, участках, обработанных антимикробным химическим веществом, и на участках, обработанных как антимикробным химическим веществом, так и методом «варки». почву, посылая в нее сверхгорячий пар.
Удивительно, но когда аналогичный эксперимент был проведен в Канзасе, наблюдался противоположный эффект – обработки, которые уменьшали микробные популяции в почве, вызывали усиление гетерозиса.
«Теперь мы можем сказать, что микробы будут влиять на гетерозис, но мы не можем предсказать направление этих эффектов», – сказал Кляйнер.
«Мы знаем, что микробы влияют на инбредные и гибриды кукурузы по-разному, но последствия могут зависеть от окружающей среды или от конкретных микробов в почве», – сказал Питер Балинт-Курти, профессор патологии растений Министерства сельского хозяйства США в штате Северная Каролина и соавтор статьи.
Исследователи планируют продолжить свою работу по изучению влияния микробов на гетерозис кукурузы.
Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследование поддержано Национальным научным фондом в рамках премий IOS-2033621 и OIA-1656006. Мэгги Вагнер, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Канзасского университета и бывший научный сотрудник в штате Северная Каролина, является ведущим и соавтором статьи.