Дослідники Єврейського університету в Єрусалимі успішно відродили зразки грибів, зібрані понад 80 років тому, що стало важливою науковою віхою. Це дало новий погляд на те, як промислове сільське господарство змінило невидимі екосистеми, що підтримують глобальне виробництво продуктів харчування.

Дослідження, опубліковане в iScience, проводилося під керівництвом доктора Дагана Саде та професора Гіли Кахіли з факультету сільського господарства, харчування та навколишнього середовища імені Роберта Х. Сміта у співпраці з колегами з Єврейського університету, Тель-Авівського університету, Університету Бен-Гуріона та Міністерства сільського господарства та розвитку сільських районів, зосереджувалося на Botrytis cinerea, поширеному рослинному патогені, що викликає сіру плісняву у понад 200 видах сільськогосподарських культур. Цей грибок становить значну загрозу для сільського господарства, призводячи до щорічних втрат на мільярди доларів та створюючи проблеми для продовольчої безпеки, торгівлі та здоров’я навколишнього середовища.

Але що станеться, коли ми відродимо гриби з епохи до появи синтетичних добрив та фунгіцидів, до того, як Зелена революція фундаментально змінила те, як ми вирощуємо їжу?

Щоб з’ясувати це, команда відродила два штами Botrytis cinerea, що зберігаються в Національній колекції природної історії Єврейського університету з початку 1940-х років — за десятиліття до того, як сучасні агрохімікати стали стандартом у сільському господарстві. Ці історичні зразки були ретельно реанімовані та піддані передовим аналізам, включаючи секвенування всього геному, транскриптоміку (профілювання експресії генів) та метаболоміку (хімічний дактилоскопічний аналіз).

Результати були вражаючими: історичні штами показали значні генетичні та поведінкові відмінності порівняно із сучасними лабораторними штамами того ж гриба. Зокрема, вони виявили:

Зниження ознак стійкості до фунгіцидів, ознаки, яка стала помітною у сучасних штамах через інтенсивне використання хімікатів;

Відмінності в патогенності, деякі риси свідчать про те, що історичні гриби були менш спеціалізованими та агресивними, ніж їхні сучасні аналоги;

Адаптацію до різних умов навколишнього середовища, включаючи толерантність до pH та специфічність хазяїна.

“Ці гриби непомітно еволюціонували у відповідь на все, що ми робили в сільському господарстві протягом останніх 80 років”, – вказали дослідники, – “Порівнюючи давні та сучасні штами, ми можемо виміряти біологічну ціну втручання людини та навчитися робити це краще”.

Вікно в сільськогосподарське минуле — і майбутнє

Дослідження має широкі наслідки. В епоху зміни клімату, надмірного використання пестицидів та погіршення здоров’я ґрунту, розуміння того, як рослинні патогени адаптуються до діяльності людини, є ключовим для розвитку стійких систем сільського господарства. Відродження історичних мікроорганізмів забезпечує основу для цього розуміння — спосіб розрізняти природні еволюційні зміни та ті, що зумовлені антропогенним тиском.

«Колекції з природної історії завжди були цінними для таксономії та музейної науки», — сказали дослідники, –  «Але ця робота показує, що вони також є динамічними ресурсами для сучасної біології. Вони дозволяють нам «перемотати» мікробну еволюцію та передбачити майбутні тенденції хвороб рослин».

Дослідження також сприяє глобальним зусиллям щодо прогнозування та управління спалахами хвороб рослин. Розкриваючи, як патогени адаптувалися до попередніх змін у навколишньому середовищі, вчені можуть краще моделювати майбутні ризики та розробляти стійкі стратегії захисту врожаю, потенційно зменшуючи залежність від хімічних обробок, які шкодять екосистемам та прискорюють стійкість.

Відродження більше, ніж просто зразки

Успіх цього проекту свідчить про ширший науковий рух: перетворення біологічних архівів на інструменти для вирішення проблем 21-го століття. Чи то зміна клімату, стійкість до антибіотиків, чи скорочення біорізноманіття, багато найактуальніших проблем сьогодення потребують історичного контексту для вирішення.

«Ця робота є прекрасним прикладом того, як минуле та майбутнє можуть перетинатися через науку», — сказали дослідники, – «Ми повернули щось до життя не для ностальгії, а щоб допомогти побудувати більш стійку сільськогосподарську систему».

Проект проводився у співпраці з експертами з геноміки, мікробіології та метаболоміки. Команда сподівається, що результати спонукатимуть інші установи переоцінити приховану силу своїх біологічних колекцій та наполягати на більш міждисциплінарних підходах до вирішення глобальних продовольчих та екологічних криз.

Botrytis fabae на листках-господарях, Vicia, зібраних у 1943 році в Анкарі, Туреччина

Колекція фітопатогенних грибів Національного гербарію в NNHC-HUJI | Головна фотографія: Даган Саде

Дослідницька робота під назвою «Від гербарію до життя: значення відродження історичних грибів для сучасної фітопатології та сільського господарства» опублікована в iScience та доступна за посиланням  

Дослідники: Даган Саде, Гіллі Бройер, Ксенія Журавель, Вероніка Ясінська, Авіель Арзі, Нір Саде, Ярів Бротман, Яель Меллер Харель, Шей Ково, Меггі Леві та Гіла Кахіла Бар-Гал

Інституції: Кріобанк дикої природи, Національні колекції природничої історії Єврейського університету в Єрусалимі Ветеринарна школа Корет, Факультет сільського господарства, харчування та навколишнього середовища імені Роберта Х. Сміта, Єврейський університет в Єрусалимі Кафедра фітопатології та мікробіології, Факультет сільського господарства, харчування та навколишнього середовища імені Роберта Х. Сміта, Єврейський університет в Єрусалимі Школа рослинництва та продовольчої безпеки, Тель-Авівський університет Кафедра наук про життя, Університет Бен-Гуріона в Негеві Відділ боротьби зі шкідниками та хворобами рослин, Служба захисту рослин та інспекції, Міністерство сільського господарства та розвитку сільських районів, Бет Даган.