Тайная жизнь подземных микробов: Микробиом корней растений управляет миром

Организмы под поверхностью почвы играют жизненно важную роль в функционировании растений и благополучии экосистем. Эти микробы могут влиять на генетическую структуру растения, его здоровье и взаимодействие с другими растениями. Новая серия статей в специальном разделе American Journal of Botany «Взаимодействия в ризосфере: Микробиом корня» исследует, как микробиомы корней влияют на растения на разных уровнях — от клеточного, бактериального и уровня целого растения до уровня сообществ и экосистем.

Растения кишат микроорганизмами; они находятся не только в клетках растений, но и в межклеточных пространствах, а также в тонком слое почвы, окружающем корни растений. Эта область почвы, ризосфера, является особенно важной зоной активности, поскольку содержит микробов, которые тесно вовлечены в молекулярные, генетические и экологические компоненты растения, а также влияют на состав растительных сообществ и здоровье почвы.

«До недавнего времени, — комментирует Мэрни Раут (Университет Северного Техаса), — микробиом было легко игнорировать в науке о растениях, потому что почва так долго считалась "черным ящиком". Но подходы микробных исследований и молекулярные методы освещают это неизвестное — по сути, проливают свет на микробиом».

Собрав работы разнообразного круга авторов в этом специальном разделе, Раут и Дарлин Саутворт (Университет Южного Орегона) намерены проиллюстрировать широкий спектр влияний, которые микробиомы оказывают на жизнедеятельность растений, и подчеркивают, что эти взаимодействия выходят за несколько масштабов — от генов до экосистем.

«Микробиомы играют значительную роль в здоровье своих хозяев, а состав микробного сообщества может информировать нас о спектре состояний хозяина от здорового до больного», — сказала Раут.

Действительно, статьи в этом разделе демонстрируют, что микробиом метаболически разнообразен и общается через ризосферу, что позволяет ему служить геномным резервуаром для растений и других микробов. Статьи также подчеркивают сложный обмен сигналами, который происходит между растениями и их микробиомами.

Например, статья в специальном разделе, написанная Гилберто Курланго-Ривера и коллегами, показала, что слой клеток, который сбрасывается корнями некоторых сортов хлопка и высвобождается в ризосферу, может функционировать как механизм защиты, служа слоем иммунитета для растения, подобно лейкоцитам у животных.

«Понимание того, как микробиом может регулировать жизнедеятельность растений, может иметь огромные последствия для решения многих самых насущных проблем мира, таких как использование маргинальных земель и хрупких экосистем для удовлетворения потребностей в продовольствии растущего населения мира, минимизация потерь земли и биоразнообразия из-за инвазий растений или смягчение последствий изменения климата для растительных сообществ», — заявляет Раут.

Например, другая статья в этом специальном разделе, написанная Дророй Каплан и коллегами, предполагает, что сбор ростостимулирующих бактерий с растений, произрастающих в суровых или засушливых климатических условиях, таких как пустыни, может помочь в производстве сельскохозяйственных культур в регионах, испытывающих стресс в настоящее время, или в районах, вероятно, пострадавших от глобальных изменений климата.

Раут и Саутворт подчеркивают во введении, что для лучшего понимания сложного и многоуровневого влияния микробов — от молекулярного до глобального — критически важно понимать, что микробиом растения является интегрированным геномом растения и оказывает глубокое влияние на генетику, функцию, экологию и сообщества растений. Взаимодействия между растениями и их микробными сообществами динамичны — растения могут манипулировать микробиомом в своих интересах (например, для защиты), а микробиомы могут влиять на то, какие растения выживают в определенных местообитаниях (например, способствуя инвазивным видам).

«Моя цель — чтобы читатели поняли, что растение не заканчивается на корнях, — резюмирует Раут. — Я думаю, устойчивость микробов как обитателей планеты должна вдохновить каждого на более глубокое понимание влияния микробиома на ту часть мира, которую мы можем легко воспринимать».