Блог

Sep 02, 2023

Сезонная активность филлосферного микробиома многолетних культур

Nature Communications, том 14, Номер статьи: 1039 (2023) Ссылаться на эту статью 5666 Доступов 1 Цитирований 79 Подробности об альтернативных метриках Понимание взаимодействий между растениями и микроорганизмами

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1039 (2023) Цитировать эту статью

5666 Доступов

1 Цитаты

79 Альтметрика

Подробности о метриках

Понимание взаимодействия между растениями и микроорганизмами может помочь в управлении микробиомом для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и устойчивости к стрессу. Здесь мы применяем геномно-ориентированный подход для идентификации экологически важных членов микробиома листьев на воспроизведенных участках выращенного в поле проса проса и мискантуса, а также для количественной оценки их активности в течение двух вегетационных периодов для проса проса проса. Мы используем метагеномное и метатранскриптомное секвенирование и курируем 40 геномов, собранных в метагеноме (MAG), среднего и высокого качества. Мы обнаружили, что классы, представленные этими MAG (Actinomycetia, Alpha- и Gamma-Proteobacteria и Bacteroidota), активны в конце сезона и активируют транскрипты короткоцепочечной дегидрогеназы, молибдоптериноксидоредуктазы и поликетидциклазы. Для большинства MAG выражены пути, связанные со стрессом, что предполагает взаимодействие с окружающей средой. Мы также обнаруживаем сезонно активируемые пути биосинтеза терпенов и различные нерибосомальные пептидные пути, которые плохо аннотированы. Наши результаты подтверждают, что популяции бактерий, связанных с листьями, сезонно динамичны и реагируют на сигналы хозяина.

Многолетние растения являются важнейшей целью устойчивого развития биотоплива1,2,3. Помимо получения большого количества биомассы, которую можно преобразовать в биотопливо и биопродукты, многолетние культуры предлагают широкий спектр экосистемных услуг, которые поддерживают усилия по смягчению последствий изменения климата, включая смягчение последствий выбросов парниковых газов и содействие круговороту питательных веществ в почве1,4,5,6. Как и все растения, многолетние растения содержат разнообразную микробиоту, и известно, что многие из этих микробов приносят пользу своим хозяевам. Например, микробы, связанные с растениями, могут повысить продуктивность и защитить от стрессовых факторов окружающей среды. Из-за тесного взаимодействия многих членов микробиома, связанного с растением, с хозяином, управление микробиомом растения является одним из инструментов, предложенных для повышения жизнеспособности сельскохозяйственных культур и поддержки устойчивости сельскохозяйственных культур к глобальным изменениям климата7,8,9,10. Таким образом, наряду с селекцией и управлением полями на основе данных, регулирование микробиома растений, как ожидается, будет иметь стратегическое значение для устойчивого производства сырья для биотоплива.

Растения имеют анатомические отсеки, каждый из которых населен различными микробными консорциумами. Как правило, разнообразие и состав микробиома растения сужаются от внешних отделов к внутренним, и растение играет активную роль в фильтрации состава микробиома внутрь11,12,13. Внешние растительные компартменты включают корневую зону, ризосферу и ризоплану под землей, а также эпифитную филлосферу над землей14. Во внешних компартментах относительно больше представлено транзиторных или комменсальных микробных таксонов, и эти компартменты взаимодействуют с микробами из непосредственной среды и рекрутируют их. Внутренние компартменты включают эндосферу надземных и подземных тканей, они имеют относительно небольшое богатство и содержат наиболее избранную микробиоту15,16. Из этих компартментов наибольшее внимание уделялось ризосфере как важнейшему месту взаимодействия микробов и растений, которое важно для поступления питательных веществ и воды (например, Кузяков и Разави17). Однако представители микробиоты, населяющие филлосферу, также обеспечивают важные функции растений, такие как исключение патогенов и иммунный прайминг18,19. Филлосферные микроорганизмы обладают специализированной адаптацией к своему образу жизни16,20,21,22 и способствуют глобальному круговороту углерода и другим биогеохимическим круговоротам, включая трансформации, связанные с изменением климата23,24,25, и населяют самую большую площадь надземной поверхности26. Поскольку многолетнее сырье для биотоплива часто выбирают для увеличения площади поверхности листвы, ожидается, что понимание микробиома филлосферы позволит получить представление о микробных взаимодействиях, которые приносят пользу растению для поддержания продуктивности и устойчивости к стрессу.