Грибы и другие нитевидные микробы, называемые оомицетами, вызывают множество разрушительных болезней растений и вместе являются причиной более 10% всех потерь урожая. Новаторское новое исследование теперь показывает, что даже здоровые растения содержат потенциально опасные грибы и оомицеты в корнях растений. То, что они не подвержены болезням, связано с одновременным присутствием большого количества различных совместно проживающих бактерий, которые регулируют баланс между этими различными микроорганизмами в корнях растений и, таким образом, обеспечивают выживание растений в природе. Таковы выводы исследования, опубликованного в журнале CELL под руководством Стефана Хаккарда и Пола Шульце-Леферта из Института исследований селекции растений им. Макса Планка в Кельне, Германия.
Почва содержит ошеломляющее разнообразие и количество различных микробных организмов, таких как бактерии, грибы и оомицеты. Известно, что эти микробы из разных царств жизни вступают в сложные взаимодействия друг с другом, и небольшое подмножество, называемое «корневой микробиотой», способно колонизировать корни здоровых растений. Растения являются прикрепившимися к почве организмами, и их подземные и надземные части постоянно подвергаются атаке различных микробных патогенов. Давно известно, что сложная врожденная иммунная система защищает растения от многих из этих вредоносных микробов, но остается неясным, достаточно ли одного этого механизма для полной защиты растений в природе. Мало что известно о том, могут ли взаимодействия между членами микробиоты влиять на микробную колонизацию корней и способствовать здоровью растений.
Исследовательская группа ответила на эти вопросы, сначала проведя перепись различных микробов, связанных с корнями и окружающей почвой здоровых особей модельного растения Arabidopsis thaliana из разных географических мест. В то время как сообщества корневых грибов и оомицетов демонстрировали большие различия между разными участками, бактериальные сообщества имели более схожую структуру, что указывает на потенциально важные функции этих обитающих в корнях бактерий. Кроме того, авторы обнаружили потенциальные признаки взаимного исключения между бактериями и нитчатыми микробами в корнях, что предполагает конкуренцию за доступ к корневой нише.
Чтобы более тщательно изучить, конкурируют ли эти различные микроорганизмы в корнях растений, исследователи сначала деконструировали микробиоту здорового Arabidopsis thaliana, создав чистые культуры корневых отдельных бактерий, грибов и оомицетов. Затем, в рамках подхода к реконструкции, они вводили различные комбинации бактерий, грибов и оомицетов в безмикробные растения, чтобы проверить влияние этих различных микробных групп на здоровье растений. Используя эту систему, ученые обнаружили, что выживание растений в присутствии грибов и оомицетов полностью зависит от одновременного присутствия бактерий. Эти бактерии способствуют здоровью растений, ограничивая рост грибков и оомицетов в корнях. Более того, для этой защитной активности было достаточно нескольких отдельных бактерий консорциума, что свидетельствует о том, что защита растений является широко распространенной чертой среди отдаленно родственных корневых бактерий.
Мы продемонстрировали, что одной только иммунной системы растений недостаточно для защиты от почвенных и корневых грибов и оомицетов, и что корневые бактерии обеспечивают расширенную иммунную функцию, которая необходима для выживания растений в природы», - говорит доктор Хаккард. Выводы авторов могут способствовать рациональному дизайну пробиотических бактерий или бактериальных сообществ, которые защищают здоровье сельскохозяйственных культур. Сейчас группа заинтересована в определении того, какие гены и молекулы участвуют в этой защитной функции бактерий.