Растения формируют ризосферный микробиом через специфические метаболиты
Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что растения в процессе развития формируют свой корневой микробиом, отдавая предпочтение микробам, которые потребляют очень специфические метаболиты. Это исследование может помочь найти способы улучшить почвенный микробиом для усиления связывания углерода и продуктивности растений.
Связь между экссудатами растений и предпочтениями микробов
Более века известно, что растения влияют на состав почвенного микробиома, частично через выделение метаболитов в почву вокруг корней. Однако до сих пор не было понятно, соответствует ли состав этого «коктейля» пищевым предпочтениям почвенных микробов таким образом, чтобы растения могли направлять развитие своего внешнего микробиома.
Исследование «Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly» опубликовано в Nature Microbiology.
Эксперимент с калифорнийской травой
Учёные сосредоточились на ризосфере однолетней травы Avena barbata, распространённой в калифорнийских экосистемах. Они:
- Выделили сотни видов почвенных бактерий, которые активно размножались или, наоборот, исчезали по мере роста корней.
- Секвенировали их геномы в Объединённом институте генома (JGI).
- С помощью масс-спектрометрии проанализировали метаболиты, выделяемые растениями на разных стадиях развития.
- Предложили культивированным микробам «коктейль» корневых метаболитов, чтобы определить их пищевые предпочтения.
Ключевое открытие: от «конфет» к фенольным кислотам
- На ранних стадиях растение выделяет много сахаров («конфеты»), которые нравятся многим микробам.
- По мере созревания растение выделяет более разнообразную смесь метаболитов, включая фенольные кислоты (часто связанные с защитой растений или коммуникацией с микробами).
- Микробы, которые процветают в зрелой ризосфере, — это именно те, что способны использовать эти ароматические соединения.
Значение для растений и сельского хозяйства
Контролируя типы микробов вокруг своих корней через химические сигналы, растения, вероятно, решают две задачи:
- Защищают себя от менее дружелюбных патогенов.
- Способствуют развитию микробов, стимулирующих поступление питательных веществ.
Это открытие создаёт потенциал для применения: можно использовать собственную химию растения для питания полезных почвенных микробов. Это важно для разработки стратегий повышения урожайности и улучшения качества почв в условиях растущего спроса на устойчивое производство продуктов питания.