Растения используют ассоциированные бактерии для мобилизации недоступного железа

Здоровые растения в природе населены бактериями и другими микробами, в основном из почвы. Это сообщество, микробиота растения, критически важно для роста и защиты от патогенов. Считается, что корневая микробиота также помогает растениям при дефиците питательных веществ, но конкретные примеры таких взаимодействий редки. Железо — один из важнейших микроэлементов для растений.

Хотя железо обильно в большинстве почв, его низкая доступность часто лимитирует рост растений, так как оно присутствует в формах, которые растения не могут усвоить. Это вынуждает использовать химические удобрения, которые могут быть экологически вредны. Исследователи из MPIPZ под руководством Пола Шульце-Леферта обнаружили новую стратегию растений: они выделяют из корней вещества, которые направляют ассоциированные бактерии на мобилизацию почвенного железа.

При встрече с недоступными формами железа растения запускают ответ на голодание. Он включает перепрограммирование экспрессии генов и производство кумаринов — ароматических соединений, выделяемых корнями, которые сами могут улучшать растворимость железа. Недавно было показано, что кумарины формируют состав бактериальных сообществ растений. Теперь выясняется, что некоторые кумарины также действуют как сигнал «SOS», побуждающий корневую микробиоту поддержать питание растения железом.

Чтобы оценить вклад микробиоты, использовали контролируемую систему с регулируемой доступностью железа и наличием бактерий. На модели резуховидки Таля сравнили растения без бактерий и с добавленным синтетическим сообществом (SynCom) бактерий-комменсалов, отражающим естественное разнообразие. Добавление SynCom значительно улучшило состояние растений на недоступном железе, но не на доступном.

Выращивание с отдельными штаммами бактерий показало, что способность «спасать» при дефиците железа широко распространена среди бактерий разных линий корневой микробиоты. Когда эксперименты повторили с растениями, у которых нарушена выработка или секреция кумаринов, сообщество бактерий не приносило пользы. Таким образом, доказано, что именно кумарины, секретируемые растением, ответственны за получение пищевой помощи от бактерий-комменсалов при дефиците железа.

Результаты указывают, что корневая микробиота — неотъемлемая часть адаптации растений к почвам с лимитированным железом. Более того, идентификация сигнала от растения к микробу за помощью приближает нас к использованию естественных почвенных бактерий как замены синтетическим удобрениям. Улучшение питания растений железом может не только повысить урожайность, но и увеличить питательную ценность основных сельскохозяйственных культур, что также является потенциальной стратегией борьбы с дефицитом железа у людей.