Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Глубоко укоренившаяся связь
Каждый вид растений связан с уникальным набором микроорганизмов. Прикорневые сообщества микробов могут различаться между собой в зависимости от типа почвы, но все они довольно постоянны в своем составе. Ученые знают, какие виды микроорганизмов формируют близкие отношения с растениями, но кто делает первый шаг? Растение привлекает нужные и полезные бактерии, или бактерии выбирают растения, которые им нравятся? Вместе с международной командой экспертов, Катрин Виппель и Ке Тао решили проанализировать первые шаги нужные для формирования этой уникальной связи.
Ученые выбрали два вида растений для данного эксперимента: Arabidopsis thaliana (растение, близкое по роду к капусте) и Lotus japonica (растение, близкое по роду к фасоле). Исследователи начали свою работу с определения видов бактерий, которые встречаются вокруг корней у обоих растений в их естественной среде обитания с помощью секвенирования 16S рРНК. Они обнаружили огромное количество видов вокруг корней у обоих растений.
Работать с сотнями видов бактерий не так уж и просто, поэтому исследователи создали упрощенный микробиом для обоих видов растений, которое было названо SynCom (синтетическое сообщество). Для каждого растения было выбрано по 16 видов бактерий. Авторы отобрали виды бактерий таким образом, что каждый вид бактерий в одном SynCom имел близкие связи с другим SynCom (то есть, бактерии принадлежали к одному семейству). Таким образом, SynCom-s для обоих растений были очень похожи. Возможно ли будет создать условия, при которых бактерии A. thaliana будут работать в одной команде с бактериями L. japonica?
Исследователи соединили оба сообщества SynCom, получив в общей сложности 32 вида бактерий (при этом количество семейств осталось таким же – 16). Затем, они засеяли этой смесью почву для A. thaliana и L. japonica. Через 5 недель, оба растения были обнаружены только с соответствующим им набором из 16 бактерий, обогащенных на корнях! Растения смогли различить сообщества бактерий, что помогло ученым прийти к выводу, что взаимодействия растений и бактерий, действительно, является крайне специфичным.
Прежде чем мы продолжим, стоит объяснить теорию. В микробных сообществах, порядок, в котором микробы достигают места их роста и развития, часто определяется путем различия доминирующего и второстепенным вида (те, кто будут жить на периферии). Этот феномен называется эффект приоритета (Изображение 2, слева). Прибывшие первыми виды получают наибольшую выгоду от пищи, будут занимать большую часть пространства и / или производить метаболиты, препятствующие росту конкурентов.
Эффект приоритета оказался важным и для этого исследования, так как авторы смогли продемонстрировать, что растение может выборочно помочь своим бактериям-партнерам преодолеть этот эффект (Изображение 2, справа). Виппель и Тао попытались сравнить взаимодействие растения и микроба со способностью того же микроба закрепиться в уже существующем микробном сообществе (Изображение 3). График ниже показывает, что растения могут “культивировать” предпочитаемые ими бактерии.
Так что же позволяет растению иметь такие близкие отношения с их любимыми бактериями? С помощью методов транскриптомики, исследователи определили какие гены были активны у растений в момент выбора. Они обнаружили, что кластеры генов, участвующие в иммунной системе растений, избирательно активируются бактериями-партнерами. Кроме того, выборочно активизировались гены, участвующие в распознавании дружеских или враждебных организмов, находящиеся за пределами корня. Конечно, эти результаты еще не дают полного объяснения того, как именно бактерия активирует эти гены. Однако, этот эксперимент положил начало новой эре исследований.
Взаимодействия между растениями и их бактериями, действительно, очень специфично. Но кто же первым делает шаг на сближение: бактерия или растение? Чтобы это выяснить, ученым придется собрать новую информацию!
Featured image: https://pickupimage.com/free-photos/Garden-beds-with-seedlings-and-leafy-greens/2332866
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 