Растения полагаются на резидентные бактерии для защиты от вредных микробов

Грибы и другие нитчатые микробы, называемые оомицетами, вызывают множество губительных болезней растений и вместе ответственны за потерю более 10% урожая. Новое исследование показывает, что даже здоровые растения содержат потенциально вредные грибы и оомицеты в корнях. Их выживание обеспечивается одновременным присутствием широкого спектра резидентных бактерий, которые регулируют баланс между этими микроорганизмами и гарантируют выживание растений в природе. К такому выводу пришло исследование, опубликованное в журнале Cell под руководством Стефана Аккара и Пола Шульце-Леферта из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне.

Почва содержит огромное разнообразие и количество микроорганизмов, таких как бактерии, грибы и оомицеты. Эти микробы из разных царств жизни взаимодействуют друг с другом. Небольшая их часть, называемая "корневой микробиотой", способна колонизировать корни здоровых растений. Растения постоянно подвергаются атакам патогенов. Сложная врожденная иммунная система защищает растения, но оставалось неясным, достаточно ли этого для полной защиты в природе. Мало известно о том, могут ли взаимодействия внутри микробиоты влиять на колонизацию корней и способствовать здоровью растений.

Исследовательская группа начала с переписи микробов, ассоциированных с корнями и почвой здоровых растений Arabidopsis thaliana с разных географических участков. Сообщества грибов и оомицетов в корнях сильно различались между участками, а бактериальные сообщества имели более сходную структуру, что указывало на их потенциально важные функции. Также авторы обнаружили признаки взаимного исключения между бактериями и нитчатыми микробами в корнях, что говорит о конкуренции за доступ к корневой нише.

Чтобы изучить эту конкуренцию, исследователи сначала деконструировали микробиоту, создав чистые культуры отдельных корневых бактерий, грибов и оомицетов. Затем, в рамках реконструкции, они вводили комбинации этих микроорганизмов стерильным растениям, чтобы проверить их влияние на здоровье. С помощью этой системы ученые наблюдали, что выживание растений в присутствии грибов и оомицетов полностью зависит от одновременного присутствия бактерий. Эти бактерии способствуют здоровью растений, ограничивая рост грибов и оомицетов в корнях. Более того, для этой защитной активности было достаточно нескольких отдельных бактерий из консорциума, что показывает, что защита растений — широко распространенный признак среди неродственных корневых бактерий.

"Мы продемонстрировали, что одной иммунной системы растений недостаточно для защиты от почвенных грибов и оомицетов, и что корневые бактерии обеспечивают расширенную иммунную функцию, необходимую для выживания растений в природе", — говорит доктор Аккар. Эти выводы могут способствовать рациональному дизайну пробиотических бактерий или бактериальных сообществ для защиты здоровья сельскохозяйственных культур. Группа теперь заинтересована в определении генов и молекул, участвующих в этой защитной функции бактерий.