Новый метод показывает, как «пробуждаются» почвенные микробы для колонизации растений
Почвенные микробы помогают растениям усваивать питательные вещества и сопротивляться болезням. Однако многие из этих бактерий и грибов находятся в почве в спящем (дремлющем) состоянии. Для колонизации корней и жизни внутри тканей растения — в эндосфере — микробы должны стать активными.
Исследователи из Университета Пенсильвании с помощью новой методики выяснили, что для успешного проникновения в растение важнее активность микроба, а не его обилие в почве. Результаты опубликованы в mSystems.
Ключевые находки
- Активность микробов внутри растения была в 10 раз выше, чем в окружающей почве или даже в ризосфере (почве, непосредственно прилегающей к корню).
- Вероятно, это связано с тем, что растение предоставляет больше питательных веществ внутри своих тканей.
- Активные микробы в ризосфере с большей вероятностью колонизировали растение, чем многочисленные, но более пассивные.
«В почвах огромное разнообразие микробов, но лишь небольшая часть из них, кажется, способна проникнуть в растения... Большинство почвенных микробов дремлет, поэтому они должны "проснуться" и выйти из состояния покоя», — объяснила Дженнифер Харрис, первый автор исследования.
Инновационная методика: BONCAT
Для идентификации активных микробов использовалась техника BONCAT (биоортогональное некэноническое мечение аминокислот). Она позволяет метить только вновь синтезированные белки в определенный промежуток времени.
- Метод BONCAT сочетали с проточной цитометрией для сортировки активных клеток и секвенированием маркерного гена для их идентификации.
- Это дало «снимок» активной части микробного сообщества, в отличие от анализа всего сообщества, где большинство организмов неактивны.
- Работа метода была подтверждена с помощью микроскопии для визуализации меченых микробов внутри тканей растения.
«Это первый случай, когда BONCAT использовали для изучения микробов вдоль градиента: от ближайшей почвы к поверхности корня и внутрь корня... Мы использовали этот метод, чтобы заглянуть внутрь растения, увидеть микробов и определить, какие из них активны», — отметила руководитель группы Эстель Курадо.
Значение для сельского хозяйства
Исследование показывает, что близость к корням растений может помогать микробам «пробуждаться».
- Это знание помогает в разработке более эффективных микробных инокулянтов (препаратов с полезными микробами, например, для обработки семян).
- Вместо выбора микробов, которые хорошо растут в лаборатории, можно выбирать тех, что становятся активными в реальной почве рядом с корнями.
- Метод предлагает новый способ идентификации микробов, которые реально «работают» в системе почва-растение, по их активности, а не просто по наличию. Это может сделать микробные продукты более эффективными, а сельское хозяйство — более устойчивым.