Стебли, листья, цветы и плоды составляют большую часть потенциального жизненного пространства для микробов в окружающей среде, но экологи до сих пор мало знают о том, как живущие там микроорганизмы приживаются и поддерживают себя в течение жизни. вегетационного периода.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые Центра биоэнергетических исследований Великих озер при Мичиганском государственном университете сосредоточились на том, чтобы лучше понять области растений над почвой, где могут жить эти микробы, называемые «филлосферой». Эшли Шейд, доцент кафедры микробиологии и молекулярной генетики МГУ, и ее лаборатория классифицировали основных членов этого сообщества по двум системам выращивания биоэнергетических культур: просу и мискантусу. При этом группа сделала важные различия в том, как эти сообщества собираются и как они связаны с микробами в почве.
Микроорганизмы, обитающие в филлосфере, играют роль в росте и здоровье своего хозяина. И, как и их подземные родственники, верхний микробиом влияет на то, сколько фосфора, азота и других питательных веществ биоэнергетические культуры могут удержать от попадания в наши водные пути и атмосферу.
Шейд говорит, что первым шагом в определении того, как максимизировать производство этих биоэнергетических культур, является выяснение того, какие таксоны или виды организмов являются постоянными жителями, а какие могут просто проходить.
Столпы сообщества
Шейд и ее коллеги хотели задать два вопроса: меняется ли микробиом филлосферы в зависимости от времени года; и если да, то какую роль играет почва в ежегодном танце между растениями и микробами? Чтобы выяснить это, они исследовали поля мискантуса и проса на биологической станции Келлог МГУ в Хикори-Корнерс, созданной в 2008 году в рамках эксперимента GLBRC по системе выращивания биотоплива.
Сотрудники лаборатории Шейда брали пробы микробных сообществ из листьев биоэнергетических культур каждые три недели в течение одного полного вегетационного периода для мискантуса и двух для проса проса. Они определили основные микробы как те, которые постоянно могут быть обнаружены на листьях в одно и то же время на их полях и которые постоянно появляются в течение периодов выборки..
«Если мы найдем микроб в одном поле, но не в другом, его нельзя будет назвать основным членом в этот конкретный интервал», - сказала она. «Мы также ожидаем, что эти сообщества будут меняться в зависимости от времени года, поэтому мы хотим убедиться, что мы захватили как можно больше этих важных таксонов».
Оказывается, что многие основные микробы на листьях биоэнергетических растений происходят из почвы и довольно постоянны в течение сезона. Это означает, что микробиом филлосферы можно выращивать так же, как и культуры, на которых он растет.
Команда идентифицировала сотни членов микробиома листьев и сравнила их с тысячами, живущими в почве, с помощью метода глубокого секвенирования, предоставленного Объединенным институтом генома, пользовательским центром Управления науки Министерства энергетики.
«Благодаря нашим связям с JGI мы смогли действительно хорошо осветить разнообразие наших почвенных сообществ, чего мы не смогли бы сделать самостоятельно», - сказал Шейд.
Некоторые микробы, обнаруживаемые в почве в постоянном, но низком количестве, оказались основными членами сообществ листьев.
«Это говорит о том, что лиственная среда - это особая среда обитания, в которой подходят определенные организмы», - сказал Шейд. «Тот факт, что мы находим их в почве, означает, что почва является возможным резервуаром для этих таксонов».
Чтобы оценить идею дальше, Шейд и ее команда создали статистическую модель для имитации результатов, как если бы микробы были случайным образом распределены между листьями растения и близлежащей почвой, а затем сравнили результат с их реальными наблюдениями.
Модели показали, что действительно, микробное сообщество на листьях мискантуса и проса распределено не случайно.
«Они не просто случайным образом дуют на листья и прилипают, так что что-то в окружающей среде отбирает эти таксоны над почвой», - сказал Шейд.«Поскольку узоры на земле отличаются от тех, что мы видим на листьях, есть основания полагать, что многие из этих основных членов листа существуют специально».
Сокращение таксонов
Следующим шагом будет выяснить, какие из основных членов микробиома выполняют важные функции для растения.
«Теперь, когда у нас есть целая куча данных сообщества из микробиома, включающего тысячи таксонов, - сказал Шейд, - мы можем понять, какие из этих основных членов просто болтаются на растении, а какие - нет». влияние на рост и здоровье."
«Если мы сможем понять, как это микробное сообщество меняет свое взаимодействие с хозяином в течение сезона, мы сможем использовать это на благо растения», - добавила она.