У ризосфері є багате мікробне різноманіття. Вчені виявили, що мікробні спільноти можуть впливати на специфічні системні зміни у корінні томатів за допомогою сигналів від кореня до кореня. Коріння - це органи рослин, які зазвичай поглинають воду та мінерали з ґрунту.

Менш відомо, що коріння також виділяє речовини, так звані кореневі ексудати, які впливають на властивості ґрунту безпосередньо навколо кореня.

Цей тонкий шар ґрунту називається ризосферою і є домом для багатого мікробного різноманіття - кореневої мікробіоти. Виробляючи певні ексудати, рослини спілкуються з мікроорганізмами в ґрунті та керують ними для власної вигоди. Зараз дослідники виявили, що це не односторонній процес. Досліджуючи рослини томатів, вони виявили, що мікробіота також може систематично формувати та контролювати кореневі виділення.

Спільноти бактерій викликають системні сигнали, що призводять до регуляторних та метаболічних змін у віддалених коренях, а також у зелених частинах рослини. Однією з функцій такого передавання сигналів є загальнокореневе управління мікробіотою ризосфери шляхом ексудації певних молекул у ґрунт. Зображення: Й. Шиманський / IPK

Коренева зона рослин вважається однією з найскладніших екосистем, що зустрічаються на Землі. У ній знаходяться різноманітні організми, включаючи численні бактерії, гриби та археї, що процвітають у середовищі, багатому біохімічними сполуками, які виділяються корінням рослин у ядрі ризосфери. Складна система взаємодії між рослиною та мікробіомом ґрунту дає зрозуміти, що ми маємо справу з надскладними зв’язками саморегуляції та взаємовигідним існуванням організмів. Ексудати коренів допомагають рослині протистояти патогенам ґрунту, в той час як для симбіотів - ці виділення слугують їжею. Цей складний механізм саморегуляціїї дуже легко порушити через послаблення імунітету рослин або забруднення ґрунту.

Рослини управляють мікробіотою ризосфери та формують фізичні та хімічні властивості ґрунту завдяки своїм кореневим ексудатам. У той же час загальновідомо, що коріння відчуває зміни в ризосфері та викликає системні реакції для захисту від патогенних мікроорганізмів або для пристосування до змін у доступності поживних речовин. Тим не менше, є ще багато відкритих питань щодо динаміки та впливу мікробіоти на сам корінь, і не було ясно, як і чи взагалі мікробіота ризосфери впливає на ексудацію коренів. Міжнародна дослідницька група під керівництвом доктора Елізи Коренблюм, вченого з Інституту науки Вайцмана в Ізраїлі у співпраці з д-ром Єджеєм Шиманським з Інституту Лейбніца ІПК у Гатерслебені, нещодавно взялася за це питання, досліджуючи коріння рослин томатів.

Доктор Коренблум та її команда провели та проаналізували ряд експериментів з розщепленими коренями, де половина коренів кожної рослини була піддана впливу ґрунту, багатого мікробіомами, а інша половина вирощувалась у стерильних та біохімічно оточуючих умовах. Це дозволило вченим дослідити вплив організмів на локальну кореневу систему. Вони виявили, що мікробіом ризосфери томатів може безпосередньо впливати на хімічний склад коренів та ексудатів коренів за допомогою системного механізму сигналізації від кореня до кореня. Наприклад, бактерії роду Bacillus використовують цей процес, який вчені назвали системно-індукованою кореневою ексудацією метаболітів (SIREM), щоб викликати секрецію ацилсахарів у всій кореневій системі.

Відкриття SIREM - це перший крок до розплутування регуляторної мережі, що охоплює складні коренево-мікробні відносини рослин. Цілком ймовірно, що процес SIREM є ключовою особливістю взаємодій коренів і мікробіоти в ризосфері, і що перепрограмована мікробіомами системна ексудація коренів сприяє кондиціонуванню ґрунту. Точний ступінь регуляторної ролі та поширеність SIREM ще не визначений.

Оригінальна стаття: Bacterial influencers — rhizosphere microbiome mediates root metabolite exudation,
by Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research