Rhizosfære mikrobiom kan systemisk forme og kontrollere roteksudasjon

Røtter er planteorganer, som vanligvis absorberer vann og mineraler fra jord. Det er mindre kjent at røtter også skiller ut metabolitter, såkalte roteksudater, som påvirker egenskapene til jord rett rundt roten. Dette tynne jordlaget kalles rhizosfæren og er hjemsted for et rikt mikrobielt mangfold, rotmikrobiota. Ved å produsere visse ekssudater, planter kommuniserer med og styrer det mikrobielle livet i rhizosfæren til egen fordel. Nå, forskere har oppdaget at dette ikke er en enveis prosess. Mens jeg undersøkte tomatplanter, de fant ut at mikrobiotaen også systemisk kan forme og kontrollere roteksudasjon.

Når du tenker på økologiske hotspots, røttene og jorden rundt dem kommer kanskje ikke umiddelbart til å tenke på. Derimot, nettopp denne regionen, rhizosfæren, regnes som et av de mest komplekse økosystemene som finnes på jorden. Den har et mangfoldig mikrobiotisk samfunn, inkludert mange bakterier, sopp og archaea, trives i et miljø rikt på biokjemiske forbindelser, som utstråles av planterøtter i kjernen av rhizosfæren.

Planter styrer rhizosfærens mikrobiota og former jordens fysiske og kjemiske egenskaper gjennom roteksudatene. Samtidig, det er velkjent at røtter aner endringer i rhizosfæren og utløser systemiske reaksjoner for å forsvare seg mot patogener eller for å tilpasse seg endringer i tilgjengeligheten av næringsstoffer. Likevel, det er fortsatt mange åpne spørsmål angående dynamikken og virkningen av mikrobiota på selve roten, og det var ikke klart hvordan, eller i det hele tatt, rhizosfære mikrobiota påvirker roteksudasjonen. Et internasjonalt forskerteam ledet av Dr. Elisa Korenblum, en forsker fra Weizmann Institute of Science i Israel i samarbeid med Dr. Jedrzej Szymanski fra Leibniz Institute IPK i Gatersleben, tok nylig dette spørsmålet mens jeg undersøkte røtter av tomatplanter.

Dr Korenblum og teamet hennes gjennomførte og analyserte en rekke splittroteksperimenter, hvor halvparten av røttene til hver plante ble utsatt for en mikrobiomrik jord, og den andre halvparten ble dyrket under sterile og biokjemiske omgivelsesbetingelser. Dette gjorde dem i stand til å undersøke effekten av forskjellige mikrobielle samfunn på det lokale rotsystemet, så vel som de systemiske endringene i de fjerne røttene i påvente av tilstedeværelsen av nye mikroorganismer. Szymanski, leder for nettverksanalyse- og modelleringsgruppen, sporet det komplekse nettverket av biokjemiske signaler og genuttrykkssignaler som styrer denne mikrobiom-rotkommunikasjonen og deres forplantning fra opprinnelsesstedet til fjerne røtter. De oppdaget derved at tomat-rhizosfæremikrobiomet direkte kan påvirke den kjemiske sammensetningen av røtter og roteksudater via en systemisk rot-til-rot-signalmekanisme. For eksempel, bakterier av slekten Bacillus bruker denne prosessen, som forskerne kalte systemisk indusert roteksudasjon av metabolitter (SIREM), å utløse utskillelse av acylsugars i hele rotsystemet.

Oppdagelsen av SIREM er et første skritt i retning av å avvikle det regulatoriske nettverket som spenner over det komplekse plantrot-mikrobielle forholdet. Det er sannsynlig at SIREM-prosessen er et sentralt trekk ved rot-mikrobiota-interaksjoner i rhizosfæren, og at den mikrobiom-omprogrammerte systemiske roteksudasjonen fremmer jordkondisjonering. Den nøyaktige omfanget av reguleringsrollen og forekomsten av SIREM er ennå ikke bestemt.

• Metformin kan hjelpe tarmlekkasje
• Genomisk sekvenseringsteknikk hjelper til med å forstå tarmmikrobiota én celle om gangen