Ученые МГУ расшифровали геном бактерии-стимулятора роста пшеницы

Исследователям химического и биологического факультетов МГУ с помощью сочетания высокоэффективных методов полногеномного секвенирования удалось собрать полный геном штамма бактерий из рода Microbacterium, выделенного ранее из корней эпифитных орхидей. Об этом сообщили в пресс-службе вуза. 

Работа выполнена в рамках гранта Минобрнауки «Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов» № 075-15-2021-1396 в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты», который призван поддерживать и развивать научную деятельность и образование в России. Полная геномная последовательность микроорганизма определена сочетанием методов нанопорового секвенирования и технологий на платформе Illumina. Штамм показал высокую фитостимуляционную активность в отношении роста и развития семян пшеницы. Использование такого фитостимулятора представляет собой экологичную альтернативу химическим удобрениям и способствует оздоровлению почвы и нормализации ее микробиома.  

Результаты опубликованы в журнале Microbiology resource announcements и защищены патентом Российской Федерации, бактериальный штамм депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов. 

Повышение урожайности злаковых культур, ставших основой питания большинства жителей нашей планеты, несомненно актуально. Повышать урожайность можно за счет минеральных удобрений, инсектицидов, фунгицидов и пестицидов, однако плохо контролируемое использование химикатов неизбежно приводит к загрязнению окружающей среды, а также к изменению и обеднению микробиома почв.  

Среди бактерий, живущих на различных частях растений и формирующих с ними тесные ассоциации, существуют такие, которые способны обеспечить растению защиту от различных стрессовых факторов окружающей среды, например засухи, переувлажнения, повышенной минерализации почвы. Кроме того, бактерии могут повысить продуктивность растений за счет улучшения азотного и фосфорного обмена, синтеза фитогормонов, а также антимикробных соединений. 

Новый бактериальный штамм, выделенный сотрудниками биологического факультета МГУ из воздушных корней безлистной орхидеи Chiloschista parishii Seidenf., культивируемой в Фондовой оранжерее Главного ботанического сада имени Н.В. Цицина РАН, может быть использован для получения биопрепарата — фитостимулятора прорастания семян пшеницы. Данный штамм относится к группе PGPB (plant growth-promoting bacteria — бактерии, стимулирующие рост растений) и за счет выделения фитогормонов помогает ускорить рост пшеницы и увеличить прирост биомассы растений.

Геном нового выделенного бактериального штамма был определен преимущественно с помощью нанопорового секвенирования, относящегося к методам секвенирования новейшего поколения.

«Преимущество данного метода прежде всего в возможности считывать очень длинные последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах. При этом метод постоянно совершенствуется, при использовании его самых новых вариантов в сочетании с усовершенствованными реагентами количество ошибок определения оснований в последовательности ДНК постоянно снижается и на сегодня уже достигло приемлемых значений. Этот метод также максимально портативный, его используют даже в полевых условиях. Ранее для расшифровки последовательностей ДНК метод нанопорового секвенирования использовали как дополнительный в комбинации с методами предыдущих поколений для гибридной сборки полного генома. В результате усовершенствования технологии и используемых реагентов в настоящий момент полный геном можно собрать, используя исключительно метод нанопорового секвенирования», — рассказала один из авторов работы, профессор химического факультета МГУ Мария Зверева.

Сотрудники биологического факультета МГУ изучили особенности биологической активности, культуральные и физиолого-биохимические свойства нового бактериального штамма, оказавшегося представителем нового вида микробактерий, а также оценили его влияние на прорастание и рост злаковых растений.

«Ценным практическим свойством является способность штамма переносить высушивание и быть устойчивым к протравителям зерна. Для изготовления на основе данного штамма биопрепарата-фитостимулятора роста растений штамм выращивают в среде с добавлением индукторов биосинтеза фитогормонов и обрабатывают растения жидкой культурой или культурой на носителе (аморфный диоксид кремния) после высушивания. Увеличение биомассы растений наблюдается за счет способности изученного штамма к образованию фитогормонов, стимулирующих процессы формирования и роста корней, что наиболее эффективно отражается на ускорении роста пшеницы на ранних этапах ее развития», — объяснила старший научный сотрудник биологического факультета МГУ Елена Цавкелова.