Как микробы выживают в фосфородефицитной тропической почве
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США выяснили, как почвенные микробные сообщества адаптируются к дефициту фосфора в тропических экосистемах. Их подход можно применять для изучения ограничений по другим питательным веществам в различных экосистемах.
Фосфор — критически важный элемент для глобальных биологических процессов, таких как фотосинтез и разложение органического вещества. В большинстве тропических экосистем долговременное выветривание вымывает фосфор из почвы.
Команда собрала образцы почвы на экспериментальной площадке Института тропических исследований Смитсонов в Панаме, где есть участки, обогащённые фосфором, и контрольные, неудобренные участки.
Учёные проанализировали поведение множества генов и белков. В почве с дефицитом фосфора они обнаружили:
- Увеличение числа генов, ответственных за выработку ферментов, добывающих фосфор.
- Более 100 генов, работающих на извлечение фосфора из фитата — сложного органического соединения в растительных тканях.
"Наличие такого количества генов для расщепления и транспорта столь сложной молекулы говорит о том, что микробы в необработанной почве «голодают» по фосфору", — отметила старший научный сотрудник ORNL Мелани Мэйс.
Напротив, при изобилии фосфора присутствовало больше генов, необходимых для усвоения сложных соединений углерода. Микробное сообщество расставляет приоритеты, фокусируясь на самом дефицитном элементе для баланса своих потребностей.
Методы исследования:
- Метагеномное секвенирование (DOE Joint Genome Institute) — глубокий анализ генетического материала почвы.
- Метапротеомика и масс-спектрометрия (ORNL) — идентификация более 7 000 белков в каждом образце.
- Суперкомпьютерный анализ (Titan, ORNL) — сравнение микробной активности в почвах, богатых и бедных фосфором.
- Характеризация органического вещества почвы (Environmental Molecular Sciences Laboratory, PNNL).
Это одно из самых глубоких протеогеномных исследований почвенных микробных сообществ.
Перспективы: Команда продолжит изучение экологии и эволюции почвенных микробов в условиях дефицита питательных веществ. Эти данные важны для сельского хозяйства и моделирования биосферы. В рамках программы DOE Early Career Research Program информация метагеномики также интегрируется в модели круговорота питательных веществ.