Грибы могут манипулировать бактериями для обогащения почвы питательными веществами

Исследователи из Института Бойса Томпсона (BTI) обнаружили особую группу бактерий, которые могут помогать грибам и растениям получать питательные вещества из почвы. Это открытие может указать путь к экономически эффективным и экологичным методам обогащения почвы и повышения урожайности, снижая зависимость фермеров от традиционных удобрений.

Известно, что арбускулярные микоризные (AM) грибы образуют симбиотические отношения с корнями 70% всех наземных растений. В этом симбиозе растения обменивают жирные кислоты на азот и фосфор грибов. Однако AM-грибам не хватает ферментов для высвобождения азота и фосфора из сложных органических молекул.

Учёные из BTI под руководством Марии Харрисон задались вопросом, могут ли другие почвенные микробы помогать грибам получать доступ к этим питательным веществам. В качестве первого шага команда исследовала, связаны ли AM-грибы с определённым сообществом бактерий. Исследование описано в статье, опубликованной в The ISME Journal 1 марта.

Команда изучила бактерии, живущие на поверхности длинных нитевидных структур — гиф, которые грибы простирают в почву далеко от растения-хозяина. На гифах двух видов грибов были обнаружены очень похожие бактериальные сообщества, состав которых отличался от состава бактерий в окружающей почве.

«Это говорит нам о том, что, как и человеческий кишечник или корни растений, гифы AM-грибов имеют свой собственный уникальный микробиом», — сказала Харрисон. «Мы уже проверяем несколько интересных предположений о том, что могут делать эти бактерии, например, помогать в усвоении фосфатов».

«Если мы правы, то обогащение почвы некоторыми из этих бактерий может повысить урожайность и, в конечном итоге, снизить потребность в традиционных удобрениях вместе с сопутствующими затратами и воздействием на окружающую среду», — добавила она.

Среди грибов

В исследовании использовались два вида AM-грибов: Glomus versiforme и Rhizophagus irregularis. Их выращивали в трёх разных типах почвы в симбиозе с травой Brachypodium distachyon, родственной пшенице. После 65 дней совместного роста учёные использовали секвенирование генов для идентификации бактерий, прикреплённых к поверхности гиф.

Состав бактериальных сообществ на двух видах грибов оказался очень сходным. Эти сообщества были похожи во всех трёх типах почвы, но сильно отличались от бактерий в почве вдали от гиф. Функция этих бактерий пока не ясна, но их состав уже породил интересные гипотезы.

«Мы предполагаем, что некоторые из этих бактерий высвобождают ионы фосфора в непосредственной близости от гиф, давая грибу наилучший шанс захватить эти ионы», — сказала Харрисон. «Выяснение, какие бактерии выполняют эту функцию, может быть ключом к усилению процесса усвоения фосфата грибами на благо растений».

Группа Харрисон изучает факторы, определяющие, какие бактерии собираются на гифах. Учёные полагают, что AM-грибы могут выделять молекулы, привлекающие эти бактерии, а бактериальные сообщества, в свою очередь, могут влиять на то, какие молекулы выделяет гриб.

Патруль на трассе

В микробиоме гиф были обнаружены представители отряда Myxococcales и других таксонов, включающих «бактериальных хищников», которые убивают и поедают других бактерий, заставляя их лопаться и высвобождать содержимое.

Эти хищники перемещаются, скользя по поверхностям, поэтому «грибные гифы могут служить линейными кормовыми дорожками», — сказал Брайан Эмметт. «Многие почвенные бактерии, по-видимому, перемещаются вдоль грибных гиф в почве, и эти хищники могут сделать это путешествие более опасным».

Хотя не каждый представитель этих таксонов на гифах может быть хищником, группа Харрисон планирует изучить, как и почему эти предполагаемые хищники там собираются. «Возможно, что действия хищных бактерий делают минеральные питательные вещества доступными для всех в окружающей почве — и для хищников, и для грибов», — предположила Харрисон.