Ризобактерии, стимулирующие рост растений: контекст, механизмы действия и путь к коммерциализации биостимуляторов для устойчивого сельского хозяйства

Микроорганизмы фитомикробиома ассоциированы со всеми тканями растений и вместе с растением образуют холобионт. Растения тщательно регулируют состав и активность связанного с ними бактериального сообщества. Эти микроорганизмы обеспечивают растение широким спектром услуг и преимуществ, а растение, в свою очередь, снабжает микробное сообщество восстановленными соединениями углерода и другими метаболитами. Почва обычно представляет собой влажную среду, богатую восстановленными соединениями углерода, что поддерживает многочисленные почвенные микробные сообщества. Ризомикробиом имеет большое значение для сельского хозяйства благодаря разнообразию корневых экссудатов и клеточного детрита растений, которые привлекают разнообразные и специфичные сообщества микроорганизмов. Микроорганизмы ризомикробиома играют ключевую роль в поступлении и усвоении питательных веществ, улучшении структуры почвы, секреции и регуляции внеклеточных молекул, включая гормоны, вторичные метаболиты, антибиотики и различные сигнальные соединения, что в совокупности усиливает рост растений. Микроорганизмы и секретируемые ими соединения представляют собой ценные биостимуляторы и играют ключевую роль в регуляции стрессовых реакций растений. Исследования показали, что инокуляция растений ризобактериями, стимулирующими рост растений (PGPR), или обработка растений сигнальными соединениями, передающими информацию от микроорганизмов к растениям, может быть эффективной стратегией стимуляции роста сельскохозяйственных культур. Кроме того, эти стратегии способны повышать устойчивость культур к абиотическим стрессам, например засухе, жаре и засолению, которые, вероятно, будут возникать чаще по мере развития последствий изменения климата. Это открытие привело к созданию многофункциональных препаратов на основе PGPR для коммерческого сельского хозяйства, позволяющих сократить применение синтетических удобрений и агрохимикатов. В настоящем обзоре обобщены современные представления о роли PGPR в сельском хозяйстве — от выделения микроорганизмов до коммерциализации недорогих сельскохозяйственных препаратов. Сначала рассматриваются понятие и роль фитомикробиома, а также аграрный контекст обеспечения продовольственной безопасности в XXI веке. Далее обсуждаются механизмы стимуляции роста растений PGPR, включая обмен сигналами между корнями растений и PGPR и регуляцию этими взаимодействиями ответов растений на абиотические стрессы посредством индуцированной системной устойчивости. В части, посвящённой практическому применению, рассматриваются стратегии улучшения колонизации ризосферы инокулянтами PGPR. В заключительных разделах описывается применение PGPR в сельском хозяйстве XXI века и представлен путь к коммерциализации технологий на основе PGPR.