Генетический контроль колонизации клубеньков бобовых эндофитными бактериями

Исследование, опубликованное в PLOS Genetics, раскрывает генетические компоненты и молекулярные сигналы, позволяющие эндофитной бактерии Rhizobium mesosinicum штамм KAW12 колонизировать симбиотически индуцированные клубеньки модельного бобового растения Lotus japonicus.

Колонизация клубеньков эндофитами

Клубеньки бобовых — уникальная ниша, индуцируемая симбиотическими бактериями, где могут сосуществовать разные виды. В экспериментах с совместной инокуляцией штамм KAW12 был идентифицирован как эндофит, который использует симбиотически индуцированные инфекционные нити для совместной колонизации клубеньков L. japonicus без некроза.

Инициация симбиоза требует сигналинга Nod-факторов — сигнальных молекул, продуцируемых симбиотическими ризобиями. Эксперименты с симбиотическими штаммами, производящими разные типы Nod-факторов, показали, что для колонизации клубеньков эндофитом KAW12 необходима интактная сигнализация Nod-факторов, обеспечиваемая симбионтом.

Экзополисахариды — ключ к хронической инфекции

Экзополисахариды (EPS) важны для симбиоза. Использованный в исследовании штамм M. loti exoU имеет нарушенный биосинтез EPS и не способен формировать инфекционные нити. При совместной инокуляции с M. loti exoU колонизация клубеньков мутантным штаммом KAW12 с дефицитом EPS отсутствовала. Это указывает, что EPS — ключевая молекула, необходимая эндофиту для колонизации клубеньков.

Заселение клубеньков эндофитом контролируется растением-хозяином

Используя коллекцию мутантов L. japonicus, исследователи выявили роль генов растения-хозяина. Мутация генов, необходимых для формирования инфекционных нитей, предотвращала колонизацию клубеньков эндофитом KAW12. В то же время колонизация клубеньков на растениях-мутантах по генам, необходимым для поддержания фиксации азота внутри клубеньков, не нарушалась.

Присутствие эндофитов в клубеньках может ограничивать заселенность эффективными азотфиксирующими симбионтами. Исследование показывает, что генетические ресурсы L. japonicus можно использовать для выявления факторов, определяющих совместимость с почвенными бактериями, что открывает новые пути решения этой проблемы.