Алексей Норкин Грандмастер

Кто накормит планету? Эндофиты

Подхлестываемые стремительным ростом населения планеты и угрожающими традиционным житницам изменениями климата ученые ищу пути выжать из земли больше пищи. Некоторые из них предлагают нетрадиционный подход: вместо того чтобы производить более выносливые культуры, используя селекцию или генетическую модификацию, они манипулируют широким спектров симбиотических микроорганизмов, живущих на растениях.

Компания «Адаптивные симбиотические технологии» (Adaptive Symbiotic Technologies) из Сиэтла вывела на рынок первый коммерческий продукт, использующий для улучшения сельскохозяйственных культур микроорганизмы, известные как эндофиты. Компания продает смесь грибков для обработки семян риса и кукурузы, которая, как утверждается, повышает урожайность культур и снижает потребление воды даже в суровых условиях. «Это реальный сдвиг в экологии растений», — говорит биолог и основатель компании Расти Родригес (Rusty Rodriguez).

В то время как биологи начинают понимать власть и влияние на человеческий организм живущих в нем триллионов микробов, экологи пытаются управлять «союзниками» растений. Вместо того чтобы искать и внедрять один ген, ответственный за нужное свойство, исследователи могут использовать множество взаимодействующих генов, предварительно интегрированных в организм, как происходит с симбиотическими грибками.

Селекция и генетические манипуляции позволяют вывести сорта с повышенной толерантностью к засухе. Но это медленный путь. В США после десятилетних исследований утверждена лишь одна подобная культура — кукуруза «DroughtGard», в которую внедрены гены бактерий, подавляющие стрессовую реакцию.

Отношения симбиоза между растениями и микробами, такими как собирающие азот бактерии, живущие на корнях бобовых, известны на протяжении десятилетий. Однако прикладные исследования в этой области ведутся сравнительно недавно.

В 1970-х исследователи поняли, что живущие в симбиозе с травой овсяницей грибки могут вызывать болезни скота. Позднее в Новой Зеландии обнаружили, что некоторые травы, в союзе с эндофитами ядовитые для животных, устойчивы к атакам насекомых. Это вызвало к жизни нишу рынка, где разрабатываются и производятся эндофиты для газонных трав, которые не только отталкивают вредителей, но и безвредны для животных.

Сегодня некоторые исследователи применяют аналогичный подход для продовольственных культур, отдаляясь от тенденции их стерилизации и изоляции от микромира. Как говорит Родригес: «Сельское хозяйство расходовало в прошлом веке удобрения и пестициды, чтобы уничтожить микробов, живущих на растениях. Сегодня мы пытаемся обратить это вспять».

Работа Родригеса началась со случайности. В начале 2000-х он изучал растения, которые смогли выжить при температуре почвы 50 градусов вблизи горячих источников в Национальном парке Йелоустоун. Оказалось, что все они существовали в симбиозе с грибами. При этом в одиночку ни растения, ни грибы не могут жить при температуре почвы выше 40о.

Позднее исследователь вместе с коллегами выяснил, что грибы могут передаваться и другим растениям, защищая их от окисления и стресса. Эти выводы направили команду на поиски эндофитов, оптимизированных для решения проблем, связанных с изменениями климата. В результате появилась коммерческая смесь «BioEnsure».

В ходе полевых испытаний во время засухи в штате Мичиган применение смеси позволило повысить урожайность кукурузы на 85%. Количество проросших семян увеличилось в 2−5 раз при похолодании до 5о. Кроме того, кукуруза требовала на треть меньше влаги.

В аналогичных условиях урожайность риса выросла на 3−6%, при этом расход воды снизился на 25−50%. Независимые тесты подтвердили безопасность смеси «BioEnsure». Департаментом сельского хозяйства она одобрена для использования в США.

Обновлено 6.08.2015
Статья размещена на сайте 30.07.2015

Комментарии (17):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Очень интересно и действительно ново.

    Вообще явлению симбиоза в биологии придаётся всё большее значение. В теории эволюции в том числе.
    Да и сами мы, строго говоря, симбионты.

    Оценка статьи: 5

  • Игорь Вадимов Игорь Вадимов Грандмастер 8 августа 2015 в 11:35 отредактирован 8 августа 2015 в 11:37

    Что это? Гигантский, всемирный, лохотрон?
    Сделали ГМО. Подсадили гены в картофель - чтобы колорадские жучки, покушав картошку, сдохли. А что будет с человеком, ее покушавшим? Вроде бы - сразу не дохнет. А что с ним будет лет через 5-10? Производителю уже не интересно.
    Подсадить гибки на семена - дает рост урожая и засухоустойчивость. А какие изменения в выросшей кукурузе? Съевшие ее сразу не дохнут. А что будет через несколько лет?

    Оценка статьи: 5

    • Игорь Вадимов, Подсадили гены в картофель - чтобы колорадские жучки, покушав картошку, сдохли. А что будет с человеком, ее покушавшим?
      Если покушает то же, что едят жучки, сдохнет.

      А что с ним будет лет через 5-10?
      Женится, разведется, выйдет на пенсию, умрёт от злой тёщи... Вариантов множество. Может и картошкой подавиться.

      Производителю уже не интересно.

      Вы производитель или телепат?

      А какие изменения в выросшей кукурузе?
      Должна быть дюже ядрёная.

      А что будет через несколько лет?
      Летние и зимние олимпийские игры.

      Оценка статьи: 5

      • Я лучше буду есть обычную картошку, без добавленных в нее генов, "ну очень вредных для вредителей" и "ну совсем безвредных для невредителей".
        И предпочту потреблять такую же пшеницу, рожь и пр...
        Просто потому, что не знаю - по какому алгоритму картошка выясняет, кто из тех, кто ее ест - вредитель, а кто нет.
        Те, кто химичил с ее генами - тоже этого не знают.

        Оценка статьи: 5

        • Игорь Вадимов, те, кто химичат с генами, те таки знают, что жуки едят ботву, а люди кушают клубни.
          Поэтому подсаженный ген работает только в ботве, в зеленых клетках.
          Но ежели кто не знает и жрёт всё подряд, так это его проблемы. Дурак, говорят, и огурцом зарежется.

          Оценка статьи: 5

          • Аркадий Голод, обожаю знатоков генетики и вообще - специалистов по всем-всем наукам!
            Полагаете - гены подсаживали прямо в ботву? Я Вас огорчу - гены курочили в зародыше растения. В изначальной, первой клетке, из которой потом культивировали все растение.
            И делали это абсолютно наобум, надеясь, что получится так, как надо. И из дикого количества попыток получали из, скажем, 1000 проб 999 нежизнеспособных результатов - и одно жизнеспособное растение.
            После чего "ученые" убедились, что колорадские жук дохнет, покушамши ботвы.
            Как проверяли эту картошку на людях - ни Вы, ни я не знаем. Было решено, что внедренный в генотип картошки новый участок хромосомы не влияет негативно на людей...
            По мне - так пусть бы американцы сами "ее" и кушали.
            А то один европейский ученый каким-то ГМО кормил крыс и убедился, что уже третье поколение оказывается стерильным... Я не уверен, что он все правильно делал при своих проверках, но осадочек...

            Оценка статьи: 5

            • Игорь Вадимов, Вы меня не огорчили. Насмешили.
              Ваше представление о генной инженерии в точности соответствует моему - об оркестровке симфоний.

              Как-нибудь накропаю тут статью о генной инженерии.
              Сейчас есть другие занятия.

              Оценка статьи: 5

              • Игорь Вадимов Игорь Вадимов Грандмастер 8 августа 2015 в 19:15 отредактирован 8 августа 2015 в 19:20

                Аркадий Голод, Вас очень просто насмешить.
                Вы еще даже не нашли в интернете, но уже точно знаете...
                Бывает.
                Ищите. Когда время найдется. Если найдется...
                Итак, еще раз.
                Берется клетка, подвергается микроиздевательствам.
                В примерно известное место гена ей пытаются добавить предположительно полезный кусочек гена.
                Полученный результат выращивается до растения. Из одной клетки.
                Уже смешно? Расскажите, как Вы представляете себе этот процесс.

                Оценка статьи: 5

                • Игорь Вадимов, представляю гораздо сложнее и интереснее.
                  Пока вернемся к той же картошке.
                  Или к помидорам.
                  Вообще все паслёновые - ядовитые растения.
                  Но мы кушаем клубни картошки и ягоды помидоров без малейшего вреда и с большим удовольствием.
                  Как это получается?

                  Оценка статьи: 5

                  • Вообще все паслёновые - ядовитые растения. -- Аркадий Голод, согласно Википедии "Паслёновые (лат. Solanaceae) — семейство двудольных спайнолепестных растений, содержащее много съедобных и культивируемых видов, таких как картофель, баклажан, табак, томат и овощной перец (не путать с растениями семейства Перечные), стручковый перец, дереза, паслён, паслён чёрный, хотя также есть и ядовитые представители, например, дурман и белена." -- Вы не находите, что объявив картофель, томат, баклажан, перец овощной, перец стручковый ядовитыми - Вы слегка преувеличили? Вижу, вижу, не находите.
                    А Вы не находите, что говорить глупости и ждать документального опровержения - неверный способ спора? Вижу, что Вы считаете это нормальным. Мол =- наговорю глупостей, а они меня пусть опровергают...
                    Нехорошо-с.

                    Оценка статьи: 5

                    • Игорь Вадимов, нехорошо пользоваться Википедией как Том Кенти - большой королевской печатью.

                      Вот цитата из той же Википедии на слово Соланин.

                      Соланин — ядовитый гликоалкалоид (гликозид), химически родственный стероидам, который вырабатывается в растениях семейства паслёновых. Содержится в любой части растения — в листьях, плодах, стеблях, клубнях и т. д. Наибольшее содержание соланина наблюдается в незрелых ягодах паслёна чёрного (Solanum nigrum) и во всех частях паслёна сладко-горького (Solanum dulcamara)[1]. В клубнях употребляемого в пищу картофеля содержится до 0,05 % соланина (в проросших, позеленевших клубнях уровень соланина значительно повышается), причём наибольшая концентрация соланина наблюдается непосредственно под кожурой и в ростках. Соланин также содержится в недозрелых помидорах, но когда плод помидора вырастает до размеров, характерных для его сорта, и начинает светлеть, становясь беловатым или чуть розоватым, содержание соланина уменьшается и такие плоды становятся пригодными в пищу после кулинарной обработки (маринования или засолки).
                      Вы не очень утомились чтением?
                      Может быть извинитесь за хамство?

                      Оценка статьи: 5

                      • Аркадий, извиняюсь за то, что процитировал не Большую Советскую Энциклопедию (в которой написано то же самое, что и в Вики), а Википедию.
                        Боюсь, что это не меняет ситуации. По-прежнему "Паслёновые (лат. Solanaceae) — семейство двудольных спайнолепестных растений, содержащее много съедобных и культивируемых видов, таких как картофель, баклажан, табак, томат и овощной перец (не путать с растениями семейства Перечные), стручковый перец, дереза, паслён, паслён чёрный, хотя также есть и ядовитые представители, например, дурман и белена."
                        Вы не слишком умучались, читая это?
                        Вы не кушаете картошки, баклажанов, томатов и перца? -- Сочувствую.
                        Вы не видите разницы между названием ядовитого алкалоида и латинским названием пасленовых?
                        И, еще раз - прошу меня простить за Ваше хамство.

                        Оценка статьи: 5

                        • Игорь Вадимов, прощаю, так и быть.
                          Супротив природы не попрешь.

                          Вы не видите разницы между названием ядовитого алкалоида и латинским названием пасленовых?
                          Я вижу сходство.
                          Яд названо по латинскому названию паслёновых, в которых он содержится.

                          Это неприятное вещество содержится во всех видах этого семейства, но по-разному в разных частях растений различных видов. (Вы читайте всё, что Вам дают, а не только то, что нравится или не требует усилий для понимания.)

                          Я кушаю картошку - не зеленые клубни. И ни в коем разе - не ягоды.
                          Помидоры - только спелые ягоды.
                          То же самое - с перцами и прочим.

                          И боже упаси отведать зеленые части этих растений. Соланин содержится только там. По крайней мере, в заметных количествах.

                          Есть в генетике такое понятие - экспрессия гена.
                          Это механизм "приведения в действие" данного гена.
                          В клетке есть система управления экспрессией, благодаря которой клетки, имеющие идентичный геном, различны между собой.

                          В нашем примере: ген, управляющий синтезом и накоплением соланина, действует только в зеленых частях растения.
                          (Я упрощаю, на самом деле там не один, а целая группа генов, но это не принципиально важно.)
                          Поэтому ботву картошки никто не ест, кроме колорадского жука и одного вида божьей коровки.

                          В процессе генно-инженерных манипуляций в геном растения внедряется ген, управляющий выработкой яда против колорадского жука. Вместе с ним - группа генов-регуляторов, оганичивающих экспрессию этого гена только зелёными частями растений.
                          Поэтому клубни ( не позеленевшие) ничем не отличаются от любых других. Разве-что в них меньше хлорофоса.

                          Но тут дело вкуса.
                          Я хлорофос не люблю, а Вам виднее.

                          Оценка статьи: 5

                          • Софистика, Аркадий Голод, софистика и вздор! (не надо обижаться, это цитата из "17 мгновений..."(с)).
                            Генетика - чисто качественная наука. Еще в 80е годы учили, в скольких процентах случаев скрещивание приводит "к тому-то", а в скольких "к тому-то".
                            Ученые не обладают инструментом, точно работающим с ДНК (на атомарном уровне). В наше время ученые лишь приблизительно полагают, что они из одного ДНК вырезали "примерно" нужный кусок и еще более приблизительно надеются, что он вклинился в тот ген, в который нужно на "примерно" правильном месте. -- вот это-то "приблизительно", "примерно" и "кажется" - самое страшное в генной инженерии настоящего.

                            Не бойтесь кушать картофель, томаты, перец - алкалоид, которого Вы так боитесь, там содержится в микродозах, надо разом съесть пару десятков кило сырой зеленой картошки, чтобы им отравиться (при варке он частично разрушится, при чистке - уйдет в отходы).

                            Оценка статьи: 5

                            • Игорь Вадимов, Да Вы просто кладезь познаний!
                              С Вами никакой запор не страшен.

                              Ученые не обладают инструментом, точно работающим с ДНК (на атомарном уровне).
                              Истинно так.
                              Но какие учёные слова Вы знаете!
                              Как лихо излагаете!
                              Мы в восхищении.

                              Оценка статьи: 5

                              • Аркадий Голод, жаль, что Вы настолько незнакомы с терминологией, что не поняли написанного...
                                Учитывая Вашу (пардон) mancanza di istruzione - не думаю, что ввести Вас в восхищение - сколько-то важно для меня.
                                Но, как говорится - хотите восхищаться - восхищайтесь.
                                По поводу терзающих Вас запоров - попробуйте отвар сенны. Говорят, помогает.

                                Оценка статьи: 5