Новые данные о роли бактерий в биоразнообразии Капской флористической области
Ботаники из Стелленбошского университета приблизились к разгадке причины исключительного биоразнообразия Капской флористической области.
До сих пор это разнообразие частично объяснялось способностью растений адаптироваться к микронишам, создаваемым стабильным палеоклиматом, надежными зимними осадками, географическими градиентами и разнообразными типами почв.
Теперь ботаники доказали, что крупнейший капский род геофитов, Oxalis, развил уникальную ассоциацию с бактериями рода Bacillus. Эти бактерии помогают растению фиксировать азот из воздуха и обеспечивают необыкновенные способности к прорастанию.
Более того, было установлено, что бактерии Bacillus настолько интегрированы в симбиотические отношения, что передаются по наследству от материнского растения к семени. Результаты исследования опубликованы в журнале BMC Plant Biology под заголовком "Nitrogen-fixing bacteria and Oxalis - evidence for a vertically inherited bacterial symbiosis".
Профессор Леанн Дрейер, ведущий эксперт по южноафриканским Oxalis, отмечает, что это первое сообщение о системе вертикального наследования эндофитных бактерий для геофитов.
Капский регион известен самым разнообразным в мире сообществом геофитов: 2100 видов из 20 семейств. Это разнообразие особенно удивительно, учитывая, что оно существует в среде с одними из самых низких в мире уровней азота и фосфора.
Как работает этот симбиоз?
Предыдущие работы группы Дрейер установили, что 60% видов Oxalis имеют рекальцитрантные семена. Это означает, что они не переносят высушивания и должны прорастать сразу после осыпания.
Ещё более уникально для этих видов явление инверсного прорастания: семядоли и первый настоящий лист разворачиваются в первые 24–48 часов без поддержки корешка или корней.
Изучая этот необычный механизм, аспирантка доктор Мишель Йосте обнаружила сообщество бактерий и грибов в вегетативных и репродуктивных органах шести видов Oxalis.
Бактерии и грибы населяют слизь, окружающую основание проростков рекальцитрантных видов Oxalis. Слизь — это густое клейкое вещество, выделяемое семенем при прорастании. Часть бактерий и грибов поступает из окружающей почвы, а другая часть наследуется самим семенем.
Эти бактерии обитают внутри тела растения, возможно, в специализированных полостях, где они питаются оксалатом — органической кислотой, которую растения производят как побочный продукт фотосинтеза.
Девять из наиболее распространённых видов бактерий, идентифицированных в исследовании, принадлежали к роду Bacillus, и три из них способны использовать оксалаты в качестве единственного и часто предпочтительного источника углерода.
По мнению учёных, эти необычные отношения развивались миллионы лет, помогая Oxalis максимально использовать предсказуемый зимний сезон дождей. У растения есть достаточно времени, чтобы развить надземную часть и сформировать подземную луковицу для выживания до следующих зимних дождей.
Однако вопросов по-прежнему больше, чем ответов. Текущие исследования сосредоточены на механизме образования и составе слизи. Другой аспирант разрабатывает микроскопические методы, чтобы точно определить, обитают ли эти эндофитные бактерии в необычных полостях, пронизывающих все органы большинства рекальцитрантных видов Oxalis. Также изучается чрезвычайно быстрый способ формирования луковицы.
По сравнению с другими средиземноморскими регионами биоразнообразие Капской флористической области является исключительным. Причина этого остаётся одной из величайших загадок для ботаников.