Арбускулярные микоризные грибы вытягивают длинные нитевидные структуры, называемые гифами, далеко в почву. Гифы, которые меньше человеческого волоса, можно увидеть здесь, среди корней травянистого растения. Предоставлено: Мария Харрисон.
Исследователи обнаружили группу почвенных бактерий, которые могут стать альтернативой обычным удобрениям для обогащения почвы и повышения урожайности.
Группа исследователей из Института Бойса Томпсона (BTI) обнаружила особую группу бактерий, которые могут помочь грибам и растениям усваивать питательные вещества из почвы. Полученные данные могут указать путь к рентабельным и экологически чистым методам обогащения почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, уменьшая зависимость фермеров от обычных удобрений.
Исследователям известно, что грибы арбускулярной микориз (AM) устанавливают симбиотические отношения с корнями 70% всех наземных растений. В этой связи растения обменивают жирные кислоты на азот и фосфор грибов. Однако у AM-грибов отсутствуют ферменты, необходимые для освобождения азота и фосфора из сложных органических молекул.
Трио ученых BTI во главе с Марией Харрисон, профессором Уильяма Х. Крокера из BTI, задались вопросом, могут ли другие почвенные микробы помочь грибам получить доступ к этим питательным веществам. В качестве первого шага к изучению этой возможности команда исследовала, связаны ли грибы AM с определенным сообществом бактерий. Исследование было описано в статье, недавно опубликованной в The ISME Journal .
Арбускулярные микоризные грибы вытягивают длинные нитевидные структуры, называемые гифами, далеко в почву. Гифы, которые меньше человеческого волоса, культивируют собственный микробиом. Предоставлено: Мария Харрисон.
Команда исследовала бактерии, живущие на поверхности длинных нитевидных структур, называемых гифами, которые грибы распространяются в почву вдали от своего растения-хозяина. На гифах двух видов грибов команда обнаружила очень похожие бактериальные сообщества, состав которых отличался от таковых в окружающей почве.
«Это говорит нам о том, что, как и кишечник человека или корни растений, гифы грибов AM имеют свой собственный уникальный микробиом», – сказал Харрисон, который также является адъюнкт-профессором Школы интегративных наук о растениях Корнельского университета. «Мы уже проверяем несколько интересных предсказаний относительно того, что могут делать эти бактерии, например, помогать с накоплением фосфатов».
«Если мы правы, то обогащение почвы некоторыми из этих бактерий может повысить урожайность и, в конечном итоге, снизить потребность в обычных удобрениях, а также связанных с ними затрат и воздействия на окружающую среду», – добавила она. Ее соавторами в исследовании были бывшие ученые BTI Брайан Эммет и Вероник Левеск-Трембле.
Среди грибов
В исследовании команда использовала два вида грибов AM, Glomus versiforme и Rhizophagus irregularis, и вырастила их в трех разных типах почвы в симбиозе с Brachypodium distachyon, видом трав, родственным пшенице. После того, как грибок продолжал расти вместе с травой в течение 65 дней, исследователи использовали секвенирование генов, чтобы идентифицировать бактерии, прилипшие к поверхности гиф.
Арбускулярные микоризные грибы вытягивают длинные нитевидные структуры, называемые гифами, далеко в почву. Гифы, которые меньше человеческого волоса, культивируют собственный микробиом. Предоставлено: Мария Харрисон.
Команда обнаружила удивительную последовательность в составе бактериальных сообществ двух видов грибов. Эти сообщества были похожи во всех трех типах почв, но сильно отличались от сообществ, встречающихся в почве вдали от волокон. По словам Харрисона, функция этих бактерий еще не ясна, но их состав уже открыл несколько интересных возможностей.
«Мы прогнозируем, что некоторые из этих бактерий высвобождают ионы фосфора в непосредственной близости от нитей, что дает грибку лучший шанс захватить эти ионы», – сказал Харрисон. «Изучение того, какие бактерии обладают этой функцией, может стать ключом к усилению процесса усвоения фосфата грибами на благо растений».
Группа Харрисона изучает факторы, контролирующие, какие бактерии собираются на нитях. Харрисон считает, что AM-грибы могут выделять молекулы, которые привлекают эти бактерии, и, в свою очередь, бактериальные сообщества могут влиять на то, какие молекулы выделяет гриб.
Дорожный патруль
Среди микробиомов гиф были представители Myxococcales и других таксонов, которые включают «бактериальных хищников», которые убивают и поедают другие бактерии, заставляя их взрываться и высвобождать свое содержимое.
Эти хищники передвигаются, скользя по поверхности, поэтому «грибковые волокна могут служить в качестве линейных дорожек для кормления», – сказал Эммет, который в настоящее время является микробиологом-исследователем в Службе сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Эймсе, штат Айова. «Похоже, что многие почвенные бактерии перемещаются по гифам грибов в почве, и эти хищники могут сделать это путешествие более опасным». Хотя не все представители этих таксонов на нитях могут быть хищниками, группа Харрисона планирует исследовать, как и почему эти предполагаемые хищники собираются там. «Возможно, действия хищных бактерий делают минеральные питательные вещества доступными для всех в окружающей почве – как хищников, так и грибов», – сказала она.
Ссылка: «Консервированные и воспроизводимые бактериальные сообщества связаны с экстрарадикальными гифами арбускулярных микоризных грибов» Брайан Д. Эммет, Вероник Левеск-Трембле и Мария Дж. Харрисон, 1 марта 2021 г., журнал ISME .
