Растения предотвратили дисбиоз в своих листьях

Количество бактерий внутри листьев резуховидки, у которой из-за мутаций нарушены некоторые пути иммунитета против патогенов, снижено. Разнообразие такой микробиоты также невелико, и основную ее часть составляют протеобактерии. Эти микроорганизмы не дают другим видам бактерий расти и вызывают снижение биомассы и пожелтение листьев резуховидки. Нарушение баланса микробиоты напоминает дисбиоз человека. В норме у растений существует иммунный механизм защиты от протеобактерий, который защищает их от дисбиоза, — к такому выводу пришли авторы работы, опубликованной в журнале Nature.

В надземной части растений живет разнообразное сообщество микроорганизмов. Это как эпифиты — бактерии, которые существуют на поверхности, — так и эндофиты, которые проникают внутрь листьев. Хорошо изучена роль микробиоты корней в жизни растений, а вклад сообщества бактерий надземной части во многом остается неясным. Например, непонятно, насколько растения могут влиять на свою микробиоту, в том числе на ее состав. Известно, что строение микробиома листьев зависит от генотипа растения, но остается открытым вопрос, как это связано со здоровьем растений и каковы механизмы регуляции взаимоотношений бактерий и их хозяев.

Ученые из Китая и США под руководством Хэ Шеньяна (Sheng Yang He) из Университета штата Мичиган изучили состав микробиоты и его влияние на здоровье резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), мутантных по четырем генам (min7, fs2, efr и cerk1). У таких растений нарушен иммунитет, активируемый молекулярными структурами патогенов, и один из путей транспорта везикул. В предыдущем исследовании ученые обнаружили, что у таких мутантов меняется состав микробиоты внутри листьев, а сами листья желтеют.

Состав микроорганизмов изучали с помощью секвенирования генов бактериальной рибосомальной РНК (16S рРНК) либо в целом листьях, либо только внутри них — для этого поверхность листьев стерилизовали, уничтожая таким образом всех эпифитов.

Оказалось, что у мутантных резуховидок значительно снижено количество бактерий внутри листьев (p < 0,0001), а также их разнообразие. Основой сообщества эндофитов стали протеобактерии. Такие изменения напоминают дисбиоз, который возникает у человека при воспалительных заболеваниях кишечника. По аналогии исследователи предположили, что изменения микробиома растений может быть первично причиной хлороза (пожелтения) листьев мутантных A. thaliana.

Когда растения вырастили в стерильных условиях, мутанты оказались здоровыми. Если же нормальным резуховидкам пересаживали микробиоту мутантных растений, в которой было много протеобактерий, биомасса растений снижалась, а листья желтели. Вероятно, дисбаланс микробиома и вызывает хлороз. Чтобы выяснить, как именно это происходит и какие бактерии виноваты, ученые выращивали разные виды растительных бактерий парами в культуре, а затем пересаживали их в листья растений. Оказалось, что некоторые штаммы протеобактерий подавляют рост других микроорганизмов. Авторы сделали вывод, что в норме иммунная система растений подавляет развитие протеобактерий, но у мутантов этот механизм не работает, колония протеобактерий растет и вытесняет другие виды.

Бактерии растений имеют значение и для человека, например, если это плодовые культуры. Так, яблоки, которые выращивают органическим способом, полезнее из-за того, что состав микробиоты в таких плодах отличается от обычных. Растения тоже учатся получать выгоду от микробов — например, бактерии насекомоядной дарлингтонии помогают ей охотиться.

Алиса Бахарева