Эволюционная битва: растения против микробов
Растения, такие как ряска, растут очень быстро, но их окружает невидимая эволюционная битва с микробами. Растения зависят от своего микробиома — сообщества бактерий, вирусов и грибов, — но должны защищаться от патогенов. Понимание этой защиты может помочь в выращивании биоэнергетических культур.
Линии обороны и взломы
Одна из защитных систем растений — устьица. Это поры на листьях и стеблях, которые регулируются гормонами и действуют как физический барьер для бактерий. Однако некоторые бактерии научились эту систему обходить.
Ключевую роль в этом противостоянии играют растительные гормоны ауксины, в частности индол-3-уксусная кислота (IAA). IAA влияет на рост клеток, реакцию на гравитацию и структуру корней. Растения могут снижать воздействие IAA для защиты от патогенов.
Но некоторые бактерии, ассоциированные с растениями, также производят IAA. Они вырабатывают его в количествах, достаточных, чтобы влиять на химические пути и рост растения. У растений, подвергшихся такому воздействию, вырастают более короткие первичные корни, больше боковых корней и корневых волосков.
Исследование на ряске
Учёные из Ратгерского университета, Университета Теннесси и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл исследовали это взаимодействие на ряске. В предыдущем исследовании они обнаружили, что почти 80% из 47 проанализированных бактериальных штаммов, выделенных из микробиома ряски, производили соединения, похожие на IAA.
Команда инокулировала проростки ряски 21 штаммом. Только четыре из них значительно повлияли на рост растений, вызвав укорочение и сильное ветвление корней. Именно эти штаммы производили больше всего IAA in vitro. Остальные штаммы, хотя и могли производить родственные IAA соединения, не вызывали ответа у растений.
Механизм вторжения
Чтобы проверить, связан ли эффект именно с IAA, учёные использовали мутантные растения, лишённые гена, необходимого для восприятия ауксинов. Эти растения не реагировали на бактерии, производящие IAA. Более того, бактерии не могли колонизировать ткани мутантных растений.
Используя специальные красители и микроскопы, исследователи обнаружили, что у обычных ("дикого типа") растений бактерии-захватчики в большом количестве проникали внутрь через устьица. У мутантных растений большинство бактерий оставалось на поверхности, не имея доступа к устьицам. Получается, успешные бактерии используют систему ауксинов, чтобы "обмануть" замыкающие клетки устьиц и открыть себе путь.
Это исследование показывает, что растения, вероятно, имеют несколько механизмов защиты от бактерий, производящих IAA. Изучение этих скрытых эволюционных взаимоотношений закладывает основу для более устойчивого выращивания растений, в том числе для производства биотоплива.