Бактериальный «инструментарий» для колонизации растений

Исследователи из Института Макса Планка, используя новый экспериментальный подход, обнаружили набор ключевых генов, необходимых комменсальным бактериям для заселения растений-хозяев. Результаты, опубликованные в Nature Communications, могут иметь широкое значение для понимания того, как бактерии устанавливают успешные взаимоотношения с хозяином.

Растения заселены огромным разнообразием микроорганизмов, образующих сложные сообщества — микробиомы — на корнях и других органах. Эти невидимые обитатели играют решающую роль в питании растений, укрепляют их устойчивость к стрессам (например, засухе) и помогают защищаться от патогенов.

Понимание механизмов колонизации — необходимое условие для создания и применения полезных микробиомов. Однако до сих пор не было ясно, как множественные микробы одновременно заселяют растение и взаимодействуют для установления сложных отношений с хозяином.

Чтобы решить эту проблему, Натан Ванье и Стефан Аккар исследовали заселение корней отдельными микробами в составе сложного сообщества. Они начали с растений резуховидки Таля, свободных от микробов, а затем ввели определённое сообщество бактерий, представляющее разнообразие, наблюдаемое в природе.

Зная идентичность этих бактерий и имея референсные последовательности их генетического материала, учёные смогли определить, какие гены активировались или подавлялись во время колонизации растения.

Анализ выявил множество генов, высоко экспрессируемых у разных бактерий в корнях. Среди кандидатов, потенциально вовлечённых в колонизацию хозяина:

• Ген, регулирующий вирулентность бактерий и стрессовый ответ.
• Ген, участвующий в трансмембранном транспорте полимеров.
• Набор генов, функционирующих вместе как фосфатный сенсор.

Мутация любого из этих трёх генов у бактерий нарушала их способность колонизировать корни, не влияя на рост в питательной среде. Таким образом, подход позволил идентифицировать основной набор генов, необходимых многим бактериям для выживания на корнях растений.

Стратегия команды Аккара позволила понять структурную и функциональную организацию сложных микробных сообществ, колонизирующих корни растений. Обнаруженные гены могут широко использоваться разнообразными бактериями для заселения и выживания в своих хозяевах.

«Наши результаты потенциально могут проложить путь для конструирования полезных бактерий, способных эффективно колонизировать ниши хозяина и способствовать его здоровью. Это имеет значение не только для устойчивого сельского хозяйства, но и для прогресса в медицинской науке», — говорит Стефан Аккар.