Microbiologie in hapklare porties
Schimmelpartners in botanische carnivorie
Botanische carnivorie wordt gedefinieerd als het vermogen van planten om dieren te vangen en op te eten om voedingsstoffen te verkrijgen. Vleesetende planten, zoals venusvliegenvangers, zonnedauwen, bekerplanten en boterbloemen, hebben unieke eigenschappen om hun prooi aan te trekken, te vangen, te doden en te verteren en voedingsstoffen op te nemen. Veel insectenetende planten hebben gespecialiseerde bladorganen die een kleverige slijmerige substantie afscheiden om hun prooi, meestal insecten, te vangen. Deze slijmstof herbergt verschillende microbiële gemeenschappen, waaronder bacteriën en schimmels. Er zijn ingewikkelde interacties die deze slijmerige microbiële gemeenschappen vormgeven.
De samenstelling van de microbiota is sterk afhankelijk van de tijd en wordt beïnvloed door factoren zoals de gastheerplant, de opeenvolging van gemeenschappen, de omgeving en zelfs bacteriën uit de prooi. De interacties tussen waardplanten en deze microbiële gemeenschappen zijn heel dynamisch en kunnen de fitheid van planten op verschillende manieren beïnvloeden.
DE ROL VAN PLANT-SCHIMMEL HOLOBIONT IN BOTANISCHE CARNIVORIE
Recent onderzoek van Sun en collega’s heeft licht geworpen op de complexe symbiotische relatie tussen een vleesetende plant, Drosera spatulata, en haar dominante micro-organisme, Acrodontium crateriforme. De schimmel bevordert het verteringsproces van de prooi positief, wat een holobiont tussen de plant en de schimmel inhoudt. Een holobiont is een groepering van een gastheer en verschillende andere soorten die daarmee samenleven om door symbiose een afzonderlijke ecologische eenheid te vormen. Met andere woorden, het is een complex en gekoppeld systeem van organismen die dicht bij elkaar leven. Het belang van micro-organismen in de holobionten van planten is uitgelegd in eerder onderzoek.
Zonnedauw (Drosera sp.) heeft “vliegenpapier” bladvallen met tentakels die kleverige slijmstoffen afscheiden om prooien te vangen en op te slokken. Dit wordt gevolgd door een goed georganiseerd proces van insectenvertering. Het begint met de aanmaak en afscheiding van spijsverteringsenzymen om organische componenten af te breken. Gespecialiseerde transporteurs nemen vervolgens de voedingsstoffen op en assimileren ze. De jasmonaat (JA) signalering, aanwezig in de voorlopers (voorouders) van niet-carnivore planten, bemiddelt deze gecompliceerde activiteitenroute in zonnedauw. Onderzoek toont aan dat de JA signaalroute, die oorspronkelijk werd gebruikt voor verdediging, nu is overgenomen door deze vleesetende planten bij het carnivoren. Aan de andere kant is A. crateriforme een acidofiele schimmel die een pH van 4-5 nodig heeft om te groeien. Deze pH wordt gehandhaafd in het slijm van D. spatulata, waardoor de schimmelsoort kan overleven.
De belangrijkste bevindingen van het onderzoek kunnen als volgt worden samengevat. Om te beginnen, hoewel er verschillende bacterie- en schimmelgemeenschappen in het zonnedauwslijm worden aangetroffen, domineert de schimmel A. crateriforme het slijmmicrobioom. De coëxistentie tussen D. spatulata en A. crateriforme is oeroud en goed geconserveerd, en heeft zich door de eeuwen heen gehandhaafd. De schimmel gebruikt de klieren van de zonnedauwstengel om zich te koloniseren, voort te planten en te vermenigvuldigen met behulp van insecten (prooien) als groeiaanvulling, terwijl het slijm vrije schimmelhyfen en conidioforen herbergt.
Ten tweede suggereerden experimenten dat D. spatulata onderscheid kon maken tussen niet-prooien en prooidieren die voedingsstoffen leverden. Verder gaf kolonisatie van zonnedauwbladeren met verschillende groepen microben aan dat de reacties van zonnedauw op substraten versterkt werden in de aanwezigheid van een microbiële populatie in tegenstelling tot steriele bladeren zonder microbiële populatie. Dit impliceert dat het naast elkaar bestaan van planten en schimmels de vertering van prooien bij zonnedauw bevordert. Een ander bewijs dat de rol van A. crateriforme in het verbeteren van de vertering in de holobiont ondersteunt, werd geleverd door het eiwitverteringsexperiment. Wanneer de schimmelsoort aanwezig was, nam het aantal verteerde eiwitten toe.
Tot slot rapporteerden de auteurs dat A. crateriforme een reeks genomische veranderingen onderging, zoals het verlies van glycoside hydrolase leden, hoge polyketide synthase clusters, en twee peptidase Neprosin (prooi verterend enzym) domein-bevattende genen, om zich aan te passen aan de symbiotische levensstijl na het koloniseren van bladklieren. Deze eigenschappen worden geassocieerd met symbiotische schimmels en suggereren een apart profiel van polyketiden uit secundaire metabolietroutes. Bovendien bieden ze functionele voordelen, zoals een kortere verteringstijd en een groter vermogen om vallen snel te heropenen, wat uiteindelijk de prooivangst verhoogt.
Samengevat is deze studie een mijlpaal in het begrijpen van de rol van microben in holobionten in botanische carnivorie. Het onderbouwt de theorie dat sommige vleesetende planten plant-microbiële interacties hebben die helpen bij de vertering van insectprooien en zo de afbraakprocessen van prooien bevorderen. Zowel de microbiële soorten als de gastheerplant ondergaan multidimensionale aanpassingen om de verschillende aspecten van carnivorie te vergemakkelijken.
Link to the original post: P-F. Sun, M.R. Lu, Y-C. Liu, B.J.P. Shaw, C-P. Lin, H-W. Chen, Y-F. Lin, D.Z. Hoh, H-M. Ke, I.F. Wang, M-Y. J. Lu, E.B. Young, J. Millett, R. Kirschner, Y-C. J. Lin, Y-L. Chen, and I.J. Tsai, An acidophilic fungus promotes prey digestion in a carnivorous plant, Nature Microbiology, 9, August 2024. DOI: 10.1038/s41564-024-01766-y.
Featured image: Created by the author using Canva
Additional sources: J.R. True and S.B. Carroll, Gene co-option in physiological and morphological evolution, Annual Review of Cell and Developmental Biology, 18, 53-80, April 2002. DOI: 10.1146/annurev.cellbio.18.020402.140619.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 