Forskare vid University of Kansas har funnit att markmikrober i Kansas bär på 'minnen' från tidigare torkor, vilket påverkar växttillväxt och motståndskraft. Infödda växter reagerar starkare på dessa mikrobiella arv än grödor som majs, vilket tyder på samutvecklade anpassningar. Upptäckten, publicerad i Nature Microbiology, belyser potentiella tillämpningar för jordbruket mitt i klimatförändringarna.
En studie publicerad i Nature Microbiology undersökte jordar från sex platser i Kansas, från de fuktigare östra regionerna till de torrare High Plains i väst, påverkade av Rocky Mountains regnskugga. Forskningen testade 'arvseffekter', där mikrober anpassade till lokala klimat över år formar jordens egenskaper och växtprestanda.
"Bakterier och svampar och andra organismer som lever i jorden kan faktiskt få viktiga effekter på saker som betyder något, som koldioxidlagring, näringsrörelse och det vi är särskilt intresserade av -- arvseffekterna på växter", sa medförfattaren Maggie Wagner, associerad professor i ekologi och evolutionsbiologi vid University of Kansas.
Teamet, i samarbete med University of Nottingham i England, genomförde experiment vid University of Kansas. De utsatte mikrobiella samhällen från dessa jordar för antingen riklig vatten eller begränsat vatten i fem månader, vilket skapade kontrasterande fukthistorik. Även efter tusentals bakteriegenerationer förblev torkminnet detekterbart.
Infödda växter, som gamagrass, visade starkare reaktioner på dessa arv jämfört med majs, en gröda domesticerad i Centralamerika och introducerad till området för bara några tusen år sedan. "Vi tror att det har att göra med de växternas samutvecklingshistoria, vilket betyder att över mycket långa perioder har gamagrass levt med dessa exakta mikrobiella samhällen, men majs har inte", förklarade Wagner.
Genetisk analys avslöjade ökad aktivitet av nicotianaminsyntasgenen i växter under torkförhållanden, men bara när den parades med torkupplevda mikrober. Denna gen hjälper till med järnupptag från jorden och påverkar torktolerans. Resultaten tyder på att gamagrassgener skulle kunna förbättra majsens motståndskraft, och informera biotekniska insatser i den mångmiljarddollarmarknaden för mikrobiellt jordbruk.
Huvudförfattaren Nichole Ginnan, nu vid University of California-Riverside, och andra medarbetare inklusive Natalie Ford, nu vid Pennsylvania State University, bidrog till detta tvärvetenskapliga arbete finansierat av National Science Foundations Division of Integrative Organismal Systems.