Растения и бактерии совместно контролируют грибы в корнях

Корни здоровых растений в природе заселены сложными микробными сообществами бактерий и нитчатых эукариот (грибов и оомицетов). Состав этих сообществ сильно влияет на здоровье растений. Однако механизмы поддержания микробного равновесия в корнях оставались в значительной степени неизвестными.

В новом исследовании, опубликованном в PNAS, группа учёных под руководством Стефана Акара из Института Макса Планка в Кёльне пролила свет на факторы со стороны растения-хозяина и микробов, необходимые для поддержания полезных отношений.

Ключевые выводы исследования:

• Использовалась сложная микробная сообщество (BFO), выделенное из корней здоровых растений Arabidopsis thaliana: 183 бактерии (B), 25 грибов (F) и 6 оомицетов (O). Это сообщество стимулировало рост растений.
• У растений-мутантов с нарушениями в работе врождённого иммунитета (в частности, в генах, отвечающих за синтез антимикробных соединений на основе триптофана) полезное BFO-сообщество становилось вредным и угнетало рост.
• Основным фактором, объяснявшим разницу в росте, была грибковая нагрузка в корнях. Высокое содержание грибов в отсутствие интактной иммунной системы было основной причиной перехода от здорового к нездоровому состоянию.
• Эксперименты с раздельными сообществами (B, F, O и их комбинациями) подтвердили, что наличие грибов необходимо для индукции нездорового состояния растений.
• Производство растением специализированных противогрибковых молекул на основе триптофана критически важно для поддержания здорового грибкового равновесия.
• Однако этих молекул оказалось недостаточно для полной защиты от грибов в отсутствие бактерий, даже при полностью функциональной иммунной системе.

Заключение:

Как отметил руководитель исследования Стефан Акар, результаты показывают, что функции, закодированные в растении-хозяине и в бактериях, действуют совместно, чтобы сдерживать грибы в корнях арабидопсиса. Защитная активность бактериального сообщества так же важна, как и ветвь врождённого иммунитета растения, связанная с триптофаном. Это указывает, что иммунная система растения сама по себе недостаточна для полной защиты от грибковой нагрузки, и резидентные бактерии обеспечивают дополнительный необходимый уровень защиты.

Эти открытия важны для улучшения здоровья растений и могут помочь в создании синтетических бактериально-грибных сообществ, обеспечивающих значительные преимущества для растения-хозяина.