Бактерии, полезные для растений, распространились по всей Калифорнии
Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили, что штамм полезных азотфиксирующих бактерий распространился по всей Калифорнии. Это демонстрирует, что полезные бактерии могут обладать некоторыми чертами, характерными для патогенов.
Бактерии Bradyrhizobium образуют на корнях растений опухолевидные клубеньки и способны «фиксировать» азот, расщепляя его и превращая в формы, легко усваиваемые растениями.
Исследователи собрали генетические данные более чем из 350 бактериальных клубеньков, выращенных из растений-хозяев по всей Калифорнии. Растением-хозяином было Acmispon strigosus, распространённое растение, произрастающее на юго-западе США.
Они обнаружили, что несколько штаммов бактерий доминируют в локальных популяциях растений и распространились по всему штату.
«Геномы этих бактерий условно делятся на две области, — объяснил руководитель исследования Джоэл Сакс. — Одна область, хромосома, в основном активна в свободноживущем состоянии, когда бактерии находятся в почве. Другая область, называемая «островком симбиоза», важна во время взаимодействия с растением-хозяином. Мы обнаружили, что эпидемическое распространение было вызвано исключительно хромосомной областью бактериального генома».
Эпидемические штаммы очень успешны в почве и в конкуренции за заражение растений, что, возможно, объясняет, почему они сохраняются и доминируют во многих разных местах. Распространение могло происходить через движение в почве или с помощью ветров.
Исследователи также изучили, какие черты позволили эпидемическим штаммам выживать во многих местах с разными типами почв. Они протестировали редкие и эпидемические штаммы на широком разнообразии источников углерода — источников энергии для бактерий. Оказалось, что эпидемические штаммы способны перерабатывать гораздо большее разнообразие соединений, чем редкие.
Bradyrhizobium — важные симбионты для многих растений, особенно бобовых, а также для таких культур, как соя, арахис и коровий горох. Они являются основным источником азотных питательных веществ для всех живых организмов на Земле.
Использование естественных эпидемий, подобных обнаруженной у Bradyrhizobium, может стать прорывом в разработке биоудобрений. Попытки использовать эти бактерии в качестве биоудобрений ранее проваливались, потому что инокулированные штаммы не могли конкурировать с аборигенными бактериями в почве.
«Эпидемические штаммы Bradyrhizobium, которые мы обнаружили, могут выживать и доминировать в различных почвах и обладают ключевыми характеристиками, желательными для биоудобрения», — отметил Сакс.
Исследование показывает, что конкуренция в почве, а не симбиоз с растениями-хозяевами, определяет, какие бактериальные штаммы распространяются.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.