Podle dávných legend měli mstiví Římané po dobytí Kartága posypat místní půdu solí, aby na ní Kartagincům už nikdy „pšenka nepokvetla“. Ať už se tento příběh zakládá na skutečnosti, či nikoli, dobře vystihuje jeden z nejstarších problémů zemědělství: vysoký obsah solí dokáže úrodnou půdu proměnit v prostředí, v němž se plodinám daří jen obtížně.
Zasolení půdy patří mezi významné faktory ohrožující zemědělskou produkci, přičemž podle odhadů Organizace pro výživu a zemědělství Spojených národů (FAO) je zvýšeným obsahem solí ovlivněno přibližně 1,4 miliardy hektarů půdy. Problém může dále prohlubovat změna klimatu, nedostatek vody či nevhodné zavlažování.
Nový výzkum publikovaný v časopise Science Advances ukazuje, že rostlinám mohou při zvládání tohoto stresu pomoci jejich přirození půdní bakteriální partneři. U některých bakterií rodu Pseudomonas žijících na kořenovém systému sóji byl sledován pozitivní vliv na tvorbu ligninu, což u rostliny vede ke zpevnění kořenových pletiv a zlepšení růstu rostliny v zasolené půdě. Výsledky tak otevírají cestu k mikrobiálním přípravkům, které by mohly rozšířit možnosti hospodaření na půdách dosud považovaných za problematické.
Výzkumníci nejprve sledovali, jak zasolení mění mikrobiom kořenů. Při solném stresu se v kořenech rostlin pěstovaných v různých typech půd opakovaně zvyšovalo relativní zastoupení bakterií rodu Pseudomonas. Podobný efekt byl zaznamenán u kukuřice, čiroku, řepky a rajčete, nikoli však u rýže a pšenice. Genomické analýzy navíc ukázaly, že bakterie obývající zasolené prostředí nesou genetické znaky usnadňující toleranci vysokých koncentrací solí. Zdá se tedy, že stresovaná rostlina nevytváří izolovaný organismus, ale spolu s kořenovým mikrobiomem funkční systém schopný reagovat na nepříznivé prostředí.
U sóji vědci následně testovali dva izolované kmeny Pseudomonas. Překvapivě nezjistili, že by bakterie významně měnily hospodaření rostliny se sodíkem, jak by se podle tradičních mechanismů tolerance k salinitě nabízelo. Namísto toho aktivovaly geny biochemických drah zapojených do syntézy ligninu. Jeho obsah v kořenech se při zasolení po inokulaci zvýšil přibližně o 30 až 35 %. Jelikož je lignin jednou ze základních strukturních složek buněčné stěny rostlin a jeho zvýšená tvorba zřejmě pomáhá kořenovým pletivům lépe odolávat stresu lze i působení bakterií na zvýšení jeho produkce u rostlin chápat jako fyziologický benefit. Kauzální význam tohoto mechanismu potvrdily genetické experimenty: zvýšená exprese genů GmCAD, GmCOMT a Gm4CL toleranci sóji zlepšila, zatímco rostliny s narušenou syntézou ligninu již z přítomnosti pseudomonád neprofitovaly.
Výsledky se podařilo přenést také mimo laboratorní podmínky. V polním experimentu na přirozeně zasolené půdě vykazovala bakteriemi inokulovaná sója větší kořenovou biomasu a vyšší počet hlízek i lusků než neošetřená kontrola. Výzkum navazuje na dřívější studii publikovanou v Nature Communications, podle níž divoká sója vystavená solnému stresu zvyšuje v kořenových exsudátech množství purinových metabolitů, zejména xanthinu. Ten podporuje chemotaxi bakterií rodu Pseudomonas směrem ke kořenům a jejich následnou kolonizaci. Postupně se tak rýsuje komplexní obraz, v němž rostlina a její mikrobiom vytvářejí koordinovaný obranný systém.
Před širším zemědělským využitím bude nutné ověřit stabilitu účinku u dalších odrůd, plodin, půdních typů a klimatických podmínek. Právě proměnlivá účinnost v terénu dnes patří mezi hlavní limity mikrobiálních biostimulantů. Současné výsledky však ukazují, že cílená práce s přirozeným rostlinným mikrobiomem může nabídnout účinný a biologicky šetrný nástroj pro zemědělství v podmínkách rostoucího environmentálního stresu. Spolu se šlechtěním, genomovými technologiemi a precizním hospodařením by tak mikrobiální biotechnologie mohly v budoucnu pomoci udržet produkci i na půdách, jejichž zemědělské využití je dnes výrazně omezené.
Zdroj: biotrin.cz, Copilot Designer