Раскрытие основополагающих принципов в корневых микробиомах

Подобно верхушке айсберга, растение, пробивающееся из почвы, лишь намекает на то, что скрыто под землей. На границе раздела корней и почвы существуют процветающие микробные сообщества, играющие важную роль в здоровье и росте растений. Понимание того, как можно оптимизировать урожайность растений, отчасти за счёт оптимизации их микробных партнёров, представляет фундаментальный интерес для фермеров и селекционеров, работающих над созданием устойчивых культур для производства продовольствия и современных видов топлива из растительной биомассы в условиях давления растущего населения планеты.

Фитогормоны регулируют численность микробов

Иммунная система растения может отличать друзей от врагов среди этих микробов и, обнаруживая патогены, производить регуляторные химические вещества — фитогормоны — для активации защитной реакции. В исследовании, опубликованном 16 июля 2015 года в Science Express, команда под руководством Джеффа Дангла и коллег, включая учёных из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI), изучила роль трёх фитогормонов в контроле состава корневого микробиома у модельного растения Arabidopsis thaliana.

Чтобы лучше понять влияние фитогормонов на корневые микробиомы, команда сравнила микробиомы корней дикого типа с микробиомами мутантов, лишённых по крайней мере одного из следующих фитогормонов: салициловой кислоты (SA), жасмоновой кислоты или этилена. Например, у растений, которые производили либо слишком много (гипериммунные), либо слишком мало (гипоиммунные) салициловой кислоты, относительная численность семейств в типе Actinobacteria была ниже по сравнению с микробиомом дикого типа.

Потенциальный "мультивитамин" для растений?

Основываясь на этих выводах, исследователи изучили корневые микробиомы, используя бактериальные изоляты, культивированные из растений, выращенных в диких почвах, для колонизации стерильных корней в стерильном почвоподобном субстрате. Эти синтетические бактериальные сообщества отслеживали в течение восьми недель после инокуляции. Среди бактерий, использованных для этих сообществ, было почти 40 бактериальных изолятов, чьи геномы были секвенированы в DOE JGI.

Работа подтвердила гипотезу о том, что салициловая кислота влияет на состав корневого микробиома. Даже в этих контролируемых условиях, и что важно — в отсутствие патогенов, удалось показать, что иммунная система растения оказывает существенное влияние на колонизацию корнеассоциированными бактериями.

Знание роли салициловой кислоты и других растительных гормонов в регуляции состава корневого микробиома может привести к агрономическому подходу, при котором растения регулярно обрабатываются эквивалентом "мультивитаминов" для взрослых, однако вопрос о том, как улучшить защиту от патогенов, не влияя на рост, ещё предстоит решить.