Бактерии корней растений предпочитают колонизировать корни своего родного растения-хозяина
Исследователи из Института селекции растений Общества Макса Планка и Орхусского университета обнаружили, что бактерии из микробиоты растений адаптированы к своему виду-хозяину. Они показали, что ассоциированные с корнями бактерии имеют конкурентное преимущество при колонизации своего родного хозяина, что позволяет им внедряться в уже устоявшуюся микробиоту.
Корни растений получают из почвы воду и минеральные вещества. Они ассоциированы с широким спектром микробов, включая бактерии, которые формируют структурированные сообщества — корневую микробиоту. Растение-хозяин снабжает эти комменсальные бактерии питательными веществами (в основном органическими углеродными соединениями), а те, в свою очередь, приносят пользу растению (защита от патогенов, улучшение мобилизации питательных веществ).
Хотя известно, что растения выделяют в почву малые молекулы, которые служат хемоаттрактантами для бактерий, степень активного отбора со стороны хозяина и адаптации микробных сообществ к конкретным видам растений оставалась неясной.
Ход исследования и ключевые результаты:
- Ученые создали коллекцию бактерий, выделенных из корней модельного бобового растения Lotus japonicus, и использовали существующую коллекцию для модельного крестоцветного растения Arabidopsis thaliana.
- Из этих коллекций были сформированы синтетические микробные сообщества (SynComs) для изучения сборки микробиоты.
- Бактериальные сообщества двух растений были схожи, но наблюдалось явное предпочтение бактериями колонизировать корни своего родного хозяина.
- Это предпочтение было опосредовано более высокой конкурентоспособностью множества видов бактерий на своем родном хозяине по сравнению с хозяином другого вида.
- Предпочтение хозяина наблюдалось только в контексте сообщества, где микробы конкурируют друг с другом, но не при колонизации корней отдельными бактериальными видами без конкуренции.
- Анализ экспрессии генов растений показал, что этот процесс отчасти управляется хозяином. Колонизация корней нативными и ненативными SynComs вызывала различные профили экспрессии генов, связанных с иммунитетом растений.
- Гипотеза: нативные штаммы имеют конкурентное преимущество за счет формирования специфичных для вида хозяина ниш в корнях.
- Эксперименты по инвазии SynComs в уже устоявшиеся бактериальные сообщества показали, что нативные SynComs имеют конкурентное преимущество при вторжении в установившуюся микробиоту своего растения-хозяина. Это указывает, что адаптация комменсальных бактерий к своему родному виду растения повышает их инвазивность и устойчивость.
Значение:
Как отметила первый автор Катрин Виппель, разнообразные почвенные бактерии ассоциируются и предпочитают конкретное растение-хозяина, подобно патогенам или полезным симбионтам. Эти результаты подчеркивают важность конкуренции бактерий и предпочтения хозяина для успешной колонизации корней.
В сельском хозяйстве это может привести к созданию пробиотических инокулянтов, адаптированных к конкретным культурам, с повышенной способностью внедряться и сохраняться в существующих микробных сообществах, что поможет преодолеть вариабельность эффективности современных биопрепаратов.