Растения и искусство поддержания микробных сообществ

Известно, что растения производят в корнях множество химических соединений, ценных для медицины. Однако оставалось неясным, зачем они тратят 20% своей энергии на синтез этих веществ.

Совместное исследование Центра Джона Иннеса и Китайской академии наук показало, что растения используют эти корневые химические вещества для формирования и поддержания специфических сообществ микробов.

• Разнообразная химия растений может служить основой для коммуникации, позволяющей формировать микробные сообщества, адаптированные к потребностям конкретного растения-хозяина.

Ключевые результаты исследования

Исследователи обнаружили в корнях модельного растения Arabidopsis thaliana метаболическую сеть, организованную вокруг генных кластеров. Эта сеть производит более 50 ранее не описанных молекул из семейства растительных натуральных продуктов — тритерпенов.

• Растения с изменённой выработкой этих веществ формировали в естественной почве иные микробные сообщества по сравнению с обычными растениями.
• Лабораторные тесты показали, что даже небольшие различия в химической структуре молекул могут существенно влиять на то, подавляют они или стимулируют рост конкретных бактерий.
• Сравнение с профилями корневых бактерий у риса и пшеницы, которые не производят эти тритерпены Arabidopsis, подтвердило, что данная генетическая сеть модулирует бактерии в сторону формирования специфичной для Arabidopsis корневой микробиоты.

Значение и перспективы

Полученные данные открывают путь к направленному конструированию (инжинирингу) микробиоты корней у важнейших сельскохозяйственных культур.

«Если мы поймём, что делает растение, какие микробы на это реагируют и в чём преимущества, мы сможем использовать эти знания для создания улучшенных культур или для инжиниринга корневой микробиоты с целью повышения продуктивности и устойчивости», — говорит профессор Энн Осборн.

Следующие шаги учёных — изучить, какую пользу это «формирование» микробного сообщества приносит самому растению, и как на химию растений влияют другие факторы, например, нехватка питательных веществ или патогены.

Исследование «A specialized metabolic network selectively modulates Arabidopsis root microbiota» опубликовано в журнале Science.