W ramach międzynarodowego badania przeanalizowano proces zachodzący w mikroflorze gleby, który może poprawić zdolność adaptacyjną niektórych gatunków.
Naukowcy odkryli mechanizm, który może pomóc roślinom przetrwać suszę. Mikrobiota gleby składa się z ogółu mikroorganizmów żyjących w ziemi, takich jak bakterie, grzyby i wirusy.
Badanie zostało przeprowadzone przez ekspertów z Wielkiej Brytanii, Stanów Zjednoczonych, Meksyku i Wysp Zielonego Przylądka. Zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Microbiology.
Specjaliści wykazali, że tak zwana pamięć ekologiczna mikroorganizmów glebowych może poprawić odporność roślin rodzimych na niedobór wody, chociaż efekt ten nie został zaobserwowany w przypadku kukurydzy.
Odkrycie to nabiera znaczenia w obliczu rosnącej częstotliwości i intensywności susz spowodowanych zmianami klimatycznymi, które zagrażają rolnictwu i ekosystemom naturalnym.
Odkrycia dokonali naukowcy z Uniwersytetu Nottingham w Wielkiej Brytanii we współpracy z Uniwersytetem Kansas w Stanach Zjednoczonych, Narodowym Uniwersytetem Autonomicznym Meksyku oraz Ministerstwem Rolnictwa i Środowiska Republiki Zielonego Przylądka.
Mikrobiota gleby, susza i pamięć ekologiczna
Długotrwałe i bardziej intensywne susze, spowodowane zmianami klimatycznymi, stanowią rosnące zagrożenie dla wydajności upraw i stabilności ekosystemów.
Zespół badawczy wyszedł z założenia, że mikroorganizmy glebowe nie tylko dostosowują się do warunków środowiskowych, ale mogą również „zapamiętywać” przeszłe wydarzenia klimatyczne, co ma wpływ na ich reakcję na przyszłe susze.
Głównym celem było zbadanie, czy historia opadów na danym gruncie wpływa na skład i funkcję jego mikrobioty oraz czy to „dziedzictwo” mikrobiologiczne może modyfikować reakcję roślin na suszę.
Zrozumienie tych mechanizmów ma zasadnicze znaczenie dla rozwoju bardziej odpornych upraw i ochrony różnorodności biologicznej w kontekście, w którym zmienność klimatu wymaga nowych rozwiązań w rolnictwie i zarządzaniu środowiskiem.
Ekologiczna pamięć w działaniu
W celu przeprowadzenia badań naukowcy wybrali sześć łąk w stanie Kansas w Stanach Zjednoczonych, które charakteryzują się dużym gradientem opadów.
Przeanalizowali mikrobiotę i geny mikrobiologiczne związane z historią opadów dla każdej gleby, wykorzystując techniki sekwencjonowania i zaawansowanej analizy genetycznej.
W fazie eksperymentalnej poddali rośliny takie jak trawa kukurydziana (Tripsacum dactyloides) i kukurydza kontrolowanym warunkom suszy. Wykorzystali gleby o różnym poziomie opadów.
Eksperyment pozwolił zaobserwować, jak pamięć mikrobiologiczna wpływała na reakcję roślin na stres wodny.
Wyniki pokazały, że mikroflora gleb o niskich opadach pomagała rodzimym roślinom lepiej znosić suszę.
Jak napisano w czasopiśmie Nature Microbiology, wyniki pokazują, „jak historyczna ekspozycja na stres wodny zmienia mikrobiotę gleby, co ma wpływ na przyszłą reakcję niektórych gatunków roślin na suszę”.
Natomiast kukurydza nie odniosła takich samych korzyści, co sugeruje, że zdolność do wykorzystania pamięci mikrobiologicznej zależy od każdego gatunku.
Analiza genetyczna wykazała, że mikroflora suchych gleb zmieniła ekspresję genów w korzeniach rośliny rodzimej, zwłaszcza tych związanych z efektywnością wykorzystania wody i transpiracją.
Efekt ten utrzymał się nawet po pięciu miesiącach eksperymentalnej suszy. Świadczy to o trwałości mikrobiologicznej pamięci ekologicznej.
W przypadku kukurydzy mikroflora gleby nie zdołała ustabilizować reakcji na suszę ani poprawić kluczowych cech fizjologicznych, jak miało to miejsce w przypadku rośliny rodzimej.
Badanie sugeruje, że współewolucja między roślinami rodzimymi a lokalnymi mikroorganizmami może wyjaśniać tę różnicę, ponieważ kukurydza, nie będąc rośliną rodzimą dla tego regionu, nie ma tej samej historii ewolucyjnej co mikroflora gleby.
Naukowcy zalecili pogłębienie badań nad ekologiczną pamięcią mikroorganizmów w celu opracowania strategii pozwalających na poprawę odporności upraw na suszę.
Wśród ograniczeń badania należy podkreślić, że wyniki opierają się na kontrolowanych eksperymentach i ograniczonej liczbie gatunków roślin.
Ponadto przeniesienie tych wyników do systemów rolniczych na dużą skalę będzie wymagało dodatkowych badań.
