Адаптация Rhizobium: от ризосферы к симбиозу

Бактерии рода Rhizobium (ризобии), обитающие в почве, вступают в симбиоз с бобовыми растениями, снабжая их биологически доступным азотом в форме аммония. В ходе симбиоза бактерии проходят через несколько различных этапов жизненного цикла: от свободного обитания в ризосфере до прикрепления к корню, колонизации, продвижения по инфекционным нитям, дифференцировки в бактероиды, фиксирующие N₂, и, наконец, высвобождения из узелков при их старении.

Исследователи из Уханьского ботанического сада применили метод мультистадийного секвенирования вставок транспозона mariner для детального изучения взаимодействия N₂-фиксирующих бактерий с растением-хозяином. Они определили, какие бактериальные гены необходимы на разных стадиях: роста в ризосфере, колонизации корня и формирования клубеньков.

Всего для успешного и конкурентного формирования клубеньков у гороха потребовалось 603 генетических региона. Из них 146 были классифицированы как «ризосферно-прогрессивные» — они были необходимы не только в ризосфере, но и на всех последующих этапах. Это подчеркивает, насколько критична успешная конкуренция в ризосфере для последующего заражения и нодуляции. Как и ожидалось, 211 генов были необходимы как для жизни бактерий в клубеньке, так и для функционирования бактероидов.

Было выявлено 17 генов, необходимых исключительно в ризосфере, и 23 гена, специфично требуемых для колонизации корня.

Эти результаты наглядно демонстрируют важность конкуренции на множественных этапах симбиоза Rhizobium с бобовыми растениями.

Результаты опубликованы в журнале PNAS в статье «Lifestyle adaptations of Rhizobium from rhizosphere to symbiosis».