Когда мы говорим о микробиоте, мы обычно имеем в виду микробиоту кишечника. Но существует и другая, менее известная, но не менее важная: микробиота растений. В статье, размещённой на обложке журнала Science, профессор Нико Гельднер и его команда из Университета Лозанны (Unil) раскрывают тонкие союзы и соперничество, которые разворачиваются между бактериями и корнями, скрытые под землёй.
Микробиота растений, или «фитобиом», объединяет сообщества бактериальных и грибковых микроорганизмов, которые могут быть партнёрами, союзниками — и иногда врагами. Часть, наиболее тесно связанная с корнями, называется «ризосферным» микробиомом, от греческого «rhizo-» (корень).
Чтобы собрать специализированный и защитный микробиом, растения избирательно привлекают эти бактерии из почвы. Хрупкий баланс микробного сообщества влияет на рост, здоровье растений и их способность противостоять стрессу окружающей среды. Когда растения ослаблены, некоторые микробы могут даже стать патогенами.
Как растения выбирают своих микробных партнёров?
Растения выбирают своих микробных партнёров, выделяя сложный коктейль молекул, называемых «корневыми экссудатами». Эти экссудаты содержат сахара, аминокислоты и другие органические соединения. Известно, что эти соединения имеют большое значение для колонизации бактериями, но мало что было известно о том, как, где и когда экссудаты выделяются на микроуровне, важном для микроорганизмов.
Исследователи из Unil решили решить эту задачу в тесном сотрудничестве с доктором Фенгом Чжоу (CEMPS, Шанхай) и немецкими коллегами.
Подобно кишечному эпителию у животных, эндодермис корня растения действует как селективный фильтр, предотвращая утечку богатых энергией соединений из их центральной транспортной жилки в почву. Но во время роста этот барьер может временно разрушаться.
«Например, когда боковой корень выходит из основного корня, часть барьера разрушается, чтобы позволить прорасти радикалу», — объясняет Нико Гельднер, соавтор статьи.
«Хотя разрушенный барьер вскоре будет восстановлен, разрыв вызывает временный отток. Затем бактерии скапливаются и размножаются именно в этом месте. Вопрос был в том, что привлекает их и заставляет размножаться?»
Из этого родилась гипотеза учёных: изменение эндодермального барьера влияет на набор микроорганизмов и состав бактериальных сообществ.
Задача состояла в том, чтобы раскрыть механизм, стоящий за этим явлением. Для этого были использованы мутанты модельного растения Arabidopsis thaliana (горчицы), полностью лишённые эндодермальных барьеров.
«Наши наблюдения подтвердили, что изменения в эндодермальных барьерах глубоко влияют на колонизацию бактериями», — говорит Нико Гельднер. «Мы задались вопросом, были ли бактерии особенно привязаны к одной или нескольким конкретным веществам, которые просачивались».
Используя своих мутантов Arabidopsis, команда обнаружила значительное накопление аминокислот, особенно глутамина, в экссудатах.
Глутамин играет важную роль в транспортировке азота от корня к побегу и был основным кандидатом для исследователей. На этом этапе в игру вступила экспертиза лаборатории профессора Кристофа Киля на кафедре фундаментальной микробиологии Департамента Unil.
В течение нескольких десятилетий его команда изучала очень специфическую бактерию Pseudomonas protegens CHA0, которая хорошо растёт на различных растениях, включая корни горчицы, и может защищать их от грибковых заболеваний. Чтобы увидеть, привлекает ли эта бактерия глутамин, исследователи генетически манипулировали этой модельной бактерией.
«Мы создали бактерии, которые специально утратили свою способность «ощущать» глутамин. Удивительно, но эти бактерии не смогли найти места, где выходили боковые корни», — сообщает доктор Хуэй-Сюань Цай, постдокторант в группе Гельднера и соавтор исследования.
Более того, исследователи смогли наблюдать, что бактерии используют глутамин для своего роста, разработав систему репортёров флуоресценции, которая включается только при метаболизме глутамина. Эта аминокислота таким образом действует как основной сигнал, позволяя бактериям находить и колонизировать точные места утечки на поверхности корня.
«Мы показали, что бактерии метаболически адаптируются к этой нише, богатой глутамином, и используют её в качестве источника энергии, что позволяет им размножаться ещё больше», — добавляет Хуэй-Сюань Цай.
Эти результаты демонстрируют, что локализованные утечки глутамина формируют колонизацию бактериями и подчёркивают тонко настроенные взаимодействия между корнями и микробами. Команда Гельднера теперь стремится идентифицировать другие привлекательные соединения, особенно те, которые выделяются в условиях стресса (засуха, засоленность, жара).
Могут ли такие открытия быть применены в сельском хозяйстве, когда сокращение использования удобрений и пестицидов является приоритетом? «Это мечта многих исследователей. Однако каждая почва имеет свою уникальную микробиоту, что затрудняет обеспечение того, чтобы конкретный штамм бактерий прижился и защитил данное растение», — предупреждает Нико Гельднер.
Для раскрытия общих принципов взаимодействия между корнями и бактериями необходимы лабораторные эксперименты с использованием упрощённых микробных сообществ.
«Что несомненно, — заключает он, — так это то, что здоровье растений зависит от их микробиоты. Без лучшего понимания их взаимодействия с корнями мы никогда не сможем по-настоящему понять, что происходит на наших полях».
Предоставлено:
[Университет Лозанны](https://phys.org/partners/university-of-lausanne/)
Другие новости по теме
- Морские учёные призывают к пересмотру правил восстановления для спасения океанов
- Природа не идеальна: осы-фигурные пытаются сбалансировать соотношение полов для выживания, но они могут ошибаться.
- Игнорируем ли мы инопланетные цивилизации в далёких галактиках? Новое исследование раскрывает шокирующую возможность!
- Новое исследование подробно описывает 180 миллионов деревьев на площади 3,1 миллиона гектаров
- Даже там, где существуют законы, призванные их защитить, волки по-прежнему испытывают страх перед человеком, «суперхищником».
- Учёные обнаружили сюрприз миллиардолетней давности внутри астероида Рюгу!
- Генеративный искусственный интеллект может превзойти природу в разработке белков для редактирования генома.
- Учёные обнаружили скрытую крепость размером с город, полностью невидимую с земли
- «Только если мы поможем, все будут спасены»: Джейн Гудолл показала, что мы все можем быть частью решения
- Под луной Сатурна Энцеладом, под коркой льда, — химическое открытие, которое может указывать на жизнь
Другие новости на сайте
- Биткойн как новое поле битвы: Швеция проявляет интерес к участию в гонке
- Биткойн как новое поле битвы: Швеция проявляет интерес к участию в гонке
- Биткойн как новое поле битвы: Швеция проявляет интерес к участию в гонке
- С помощью GPT-5 компания Wrtn создаёт ИИ для образа жизни миллионов людей в Корее.
- Деньги могут обеспечить сотрудничество, но глубоко укоренившиеся предубеждения остаются неизменными
- Биткойн как новое поле битвы: Швеция проявляет интерес к участию в гонке
- На Солнце идёт «дождь», но открытия учёных полностью изменят наш взгляд на солнечную науку
- Морские учёные призывают к пересмотру правил восстановления для спасения океанов
- 10 лучших моделей BMW с лучшей остаточной стоимостью в 2025 году
- Нанореактор использует видимый свет для каталитических и сверхселективных кросс-циклоприсоединений