Сезонная активность филлосферного микробиома многолетних культур

Исследователи из Центров биоэнергетических исследований Министерства энергетики США изучили сложную жизнь микробов на поверхности листьев (филлосфере) важных биоэнергетических культур — мискантуса и свитчграсса.

Почему это важно?

• Многолетние культуры — ключевая цель для устойчивого развития биотоплива. Они не только дают много биомассы, но и помогают смягчать изменение климата (секвестрация парниковых газов, круговорот питательных веществ).
• Микробы, ассоциированные с растениями, могут повышать продуктивность и устойчивость культур к стрессам (жара, засуха). Управление микробиомом — один из инструментов для устойчивого производства сырья для биотоплива.
• Филлосфера (включая поверхность листьев) — крупнейшая по площади среда обитания на растении. Её микробы играют роль в цикле углерода и защите растений от патогенов.

Ход и методы исследования

Учёные из GLBRC и CABBI ежемесячно, с мая по ноябрь, собирали образцы листьев мискантуса и свитчграсса. Для анализа использовали:

1. Секвенирование метагеномов (определение пула всех потенциальных генов микробиома).
2. Секвенирование метатранскриптомов (определение генов, которые активно экспрессируются).
3. Биоинформатические инструменты для анализа.

Ключевые результаты

• Мискантус и свитчграсс имеют общих микробов в филлосфере.
• Листовые микробы активно растут и экспрессируют гены, производящие различные метаболиты.
• Часто экспрессировались гены, связанные с производством терпенов. Терпены интересны, потому что:
  • Используются как сигнальные молекулы у растений и бактерий.
  • Могут защищать растения от стресса.
  • Участвуют в регуляции производства мощных парниковых газов — оксидов азота и метана.
• Разные группы микробов меняли свою численность и метаболическую функцию в течение сезона, что говорит об их реакции на сигналы растения.

Значение и перспективы

Исследование, опубликованное в Nature Communications, указывает на конкретные микробные функции (например, синтез терпенов), которые можно целенаправленно использовать для будущего управления взаимодействием растений и микробов. Это может помочь повысить урожайность и устойчивость культур.

«Живя на листе, эти микробы могут биосинтезировать натуральные продукты, которые могут быть важны для реакции на стрессоры растения», — отметила соавтор исследования Адина Хау (CABBI).