Растенията, включително култури като ориз и пшеница, получават основни минерални хранителни вещества и вода чрез корените си, които осъществяват важна връзка между растенията и почвената среда. Корените на сухоземните растения се свързват с голямо разнообразие от микроби, включително бактерии от почвата, и се събират в структурирани общности, известни като коренова микробиота, съобщава eurekalert.org.
Тези микробни общности се поддържат от растението гостоприемник, което им осигурява хранителни вещества, главно под формата на органични въглеродни съединения, отделяни от корена. На свой ред, тези коменсални бактерии1(съжителстват с организми) подпомагат много процеси, които са полезни за тяхното растение гостоприемник, като например осигуряват защита срещу патогени, подобряват усвояването на хранителните вещества от почвата и влияят положително върху растежа.
Като се има предвид тяхното значение за здравето на растенията, изследването на кореновата микробиота се очертава като обещаваща област на изследване, за да се разбере как възникват тези взаимодействия и в крайна сметка как да се помогне за подобряване на добивите и устойчивостта на културите. Макар да е добре известно, че растенията отделят различни малки молекули в почвата чрез корените си, които служат като място за размножаване на кореновата колонизация от подгрупа почвени бактерии, степента на активна селекция от гостоприемника и степента на адаптация на микробните общности, свързани с корените на специфични растителни видове, остават до голяма степен неизвестни.
В ново проучване, публикувано в сп. Nature Microbiology, екип от изследователи от звеното за растително-микробно взаимодействие на MPIPZ в Кьолн, Германия, и Университета в Орхус в Дания се стреми да проникне по-дълбоко в тези сложни многовидови взаимодействия.
Като първа стъпка в това начинание учените създадоха обширна колекция от бактерии, получени от корените на моделния японски лотосов боб, малка част от които са симбиотични бактерии, които фиксират атмосферния азот за растежа на растенията. Наред с вече създадената колекция от култури от корените на модела на кръстоцветния Arabidopsis thaliana бяха разработени синтетични микробни общности (SynComas) за изследване на съвкупността от микробиота на различни растителни видове. Въпреки че бактериалните общности на двете растения са сходни, изследователите наблюдават ясно предпочитание от гостоприемника към тези бактерии за колонизация. Това предпочитание се свързва с по-високата конкурентоспособност, проявена от няколко вида бактерии при колонизиране на тяхното растение гостоприемник, в сравнение с тези, които първоначално са били изолирани от друго растение.
Поразително е, че това предпочитание се наблюдава само в контекста на общност, където различни микроби се конкурират помежду си, но не и когато някои видове бактерии са оставени да колонизират корените на растенията при липса на конкуренция. Анализът на генната експресия2 на двата вида растения във взаимодействие с различни синтетични общности също показа, че този процес, поне отчасти, е причинен от растението гостоприемник. Интересното е, че колонизацията на корените от местни и не местни микроорганизми показва контрастни профили на генна експресия за редица добре познати регулатори на имунитета на растенията. Въз основа на това наблюдение авторите на изследването изказват хипотеза, че местните щамове имат конкурентно предимство при колонизирането на корените на съответното растение гостоприемник чрез формиране на специфични за видовете гостоприемни ниши.
За да проверят тази хипотеза, учените проведоха поредица от сложни експерименти, в които на синтетичните микробни общности (SynComas) от различни видове гостоприемници беше позволено да нахлуят във вече установени коренови бактериални общности на гостоприемни и негостоприемни растения. Техните резултати показват, че местните синкоми имат конкурентно предимство при нахлуването във вече установената микробиота на растението гостоприемник, което показва, че адаптирането на коменсалните бактерии към техните местни растителни видове води до повишена инвазивност и устойчивост.
„ Бяхме изумени да научим, че колонизацията на корените от местни и неместни синтетични микробни общности (SynComas) е довела до диференциално транскрипционно препрограмиране на корените на растенията, което може да е допринесло за образуването на специфични коренови ниши за местни коменсални бактерии. Тези резултати показват, че различни почвени бактерии се свързват и предпочитат определено растение гостоприемник като патогени или полезни растителни симбионти “, отбелязва Катрин Уипъл, която е сред авторите на изследването.
Получените резултати могат да окажат значително влияние върху селското стопанство, тъй като подчертават важността на конкуренцията между различните бактерии и влиянието на предпочитанията на гостоприемника за успешна колонизация на корените. Пробиотичните микроорганизми, адаптирани към специфични селскостопански растения с повишена способност да проникват и да съществуват в обитавани микробни общности, могат да помогнат за преодоляване на различията в ефикасността на използваните понастоящем биологични продукти в селското стопанство.
1 Коменсални бактерии (коменсали) – извличат храна или други ползи от гостоприемника, без да го нараняват. Коменсалните бактерии са част от нормалната микробиота.
2 Генна експресия е процес, при който наследяемата информация от един ген (последователността от нуклеотиди на ДНК) се преобразува във функционален резултат, тоест ДНК последователността се трансформира в РНК или белтък.
3 Пробиотиците са живи микроорганизми, които подобряват вътрешния микробен баланс.
