Гомеостаз растений и микробов: тонкий баланс

Растения, выращенные в почве, колонизированы разнообразными микробами — микробиотой, которая необходима для оптимального роста и защищает растение от патогенов. Однако оставалось неясным, как почвенные микробы колонизируют корни, несмотря на развитую иммунную систему растения, распознающую микробные молекулярные паттерны (MAMPs). Исследователи из MPIPZ под руководством Пола Шульце-Леферта и из Университета Каролины под руководством Джеффри Л. Дангла в двух отдельных работах показали, что подгруппа комменсальных бактерий способна подавлять часть иммунной системы растения и колонизировать корни в контексте микробного сообщества, когда присутствуют как иммуносупрессивные, так и несупрессивные бактерии.

Иммунная система растений распознаёт MAMPs с помощью рецепторов (PRRs), что запускает MAMP-индуцированный иммунитет (MTI), ограничивающий рост патогенов. Однако хроническая активация MTI может тормозить рост растения. Интересно, что способность подавлять MTI, характерная для патогенов, обнаружена и у части безвредных комменсальных бактерий корневой микробиоты — их назвали «иммуносупрессивными», в отличие от «несупрессивных». Теперь выяснилось, что присутствие иммуносупрессивных микробов в микробиоте подавляет часть иммунного ответа хозяина, но может способствовать колонизации оппортунистических патогенов.

Для оценки способности комменсальных бактерий корня Arabidopsis thaliana влиять на связанное с защитой торможение роста корней (RGI) использовали систематическую коллекцию бактериальных штаммов. После трёх недель совместного культивирования с растением в присутствии флагеллина (flg22) — известного индуктора иммунного ответа — 41% штаммов в коллекции могли препятствовать RGI. Эта способность была обнаружена у бактерий из разных таксонов микробиоты: Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroidetes и Firmicutes.

Далее изучили влияние синтетических сообществ (SynComs), состоящих исключительно из иммуносупрессивных или несупрессивных бактерий, на растения. SynComs из супрессивных бактерий препятствовали flg22-индуцированному RGI, а из несупрессивных — нет. Активация иммунитета flg22 изменяла состав корневой микробиоты в растениях, колонизированных несупрессивными SynComs, но не влияла на сообщество из супрессивных бактерий или их смеси. Кроме того, у растений, колонизированных только супрессивными SynComs, подавлялась экспрессия части иммунных генов и повышалась восприимчивость к оппортунистическим патогенам. Эти результаты показывают, что супрессивные и несупрессивные комменсалы по-разному модулируют ответ хозяина, и для поддержания гомеостаза растения необходим баланс между двумя типами бактериальных штаммов.

Полученные данные свидетельствуют: для здорового баланса между ростом и защитой растения и поддержания гомеостаза корневая микробиота должна содержать как иммуносупрессивные, так и несупрессивные бактериальные штаммы в сбалансированных пропорциях. Избыток или недостаток любого типа может быть вреден, приводя к повышенной восприимчивости к болезням и плохому росту.

Исследование опубликовано в Nature Plants.