Ученые вырастили в лаборатории большинство бактерий, колонизирующих растения Arabidopsis в природе
Здоровые растения содержат сложные микробные сообщества из более чем 100 видов бактерий, играющих важную роль в росте и здоровье растения. Исследователи из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне совместно с учеными из Швейцарии смогли культивировать более половины бактерий, обнаруженных на и внутри листьев и корней модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля).
Прорыв в культивировании
Команда создала коллекцию из более чем 400 штаммов бактерий в чистой культуре, что позволяет реконструировать любое микробное сообщество в листьях и корнях Arabidopsis в лабораторных условиях. Это знаменует начало новой эры в экологии растений и микробов с использованием определенного микробиома.
Ученые культивировали:
- До 65% видов бактерий, обнаруженных в микробиоме корней
- До 54% видов микробиома листьев
Это опровергает распространенное мнение в микробной экологии о невозможности культивирования более 1% бактерий из природных образцов.
Сходство и происхождение сообществ
Анализ показал значительное сходство между микробными сообществами листьев и корней Arabidopsis:
Почти половина видов идентична
На уровне семейств и классов бактерий различий нет, что указывает на высокую устойчивость микробиома в разных природных условиях
Ученые пришли к выводу, что большинство бактерий, ассоциированных с листьями и корнями, происходят из чрезвычайно разнообразного почвенного микробиома. Листья колонизируются в основном почвенными бактериями через корень как промежуточную остановку.
Функциональный анализ и реконструкция
Были определены геномы 432 бактериальных изолятов из коллекции. Сходство видовых профилей соответствует обширному перекрытию функциональных возможностей, закодированных в соответствующих геномах.
Тем не менее, наблюдаются и функциональные различия, связанные с экологическими нишами листа и корня. Например, микробиом корня нуждается в меньшем количестве генов для питания сложными углеводами, так как корни выделяют большое количество простых сахаров.
Эксперименты по реконструкции микробиома
Исследователи провели эксперименты в закрытой искусственной среде со стерильной глиной, жидкой питательной средой без органического углерода и стерильными семенами Arabidopsis. Система инокулировалась определенными бактериальными сообществами.
Результаты:
- Сообщества, заселяющие листья и корни, удивительно похожи на сообщества растений, выращенных в природе.
- При добавлении определенного инокулята только в глину или на листья, микробиом мог в значительной степени колонизировать и удаленный орган растения.
- При смешивании и внесении листового и корневого микробиома, корневое сообщество вытесняло листовое в корнях, и наоборот — в листьях. Это указывает на специализацию сообществ к экологическим нишам, несмотря на функциональное перекрытие.
Этот подход открывает путь к контролируемым экспериментам по изучению роли микробиома в мобилизации питательных веществ и защите растения от патогенов.