Ученые выявили механизмы, которые позволяют растениям изменять анатомию своих корней, чтобы максимально повысить выживаемость в условиях дефицита питательных веществ. Полученные результаты могут открыть путь к разработке способов улучшения взаимовыгодного взаимодействия растений и микроорганизмов в сельском хозяйстве.
Корни от природы различаются по сложности строения поперечного сечения — от толстого одревесневшего корня мангрового дерева до тонких, похожих на волоски корней зеленого лука или ряски.
Новое исследование, проведенное на факультете биологических наук Ноттингемского университета, показало, что сложность расположения клеток в корне определяет его способность к перестройке при колонизации микробами, создавая микросреду, которую растение может изменять в ответ на присутствие бактерий. Эта структурная пластичность, в свою очередь, позволяет растениям адаптировать корни к неблагоприятным условиям питания.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, подчеркивает важность микросреды корней для формирования микробиома в сложных условиях окружающей среды.
В естественных экосистемах корни растений и почвенная микробиота ведут непрерывный химический диалог. Благодаря этому взаимодействию корни и микробы устанавливают тесную связь, которая может существенно влиять на развитие и функционирование растений.
Корни растений, которые функционально схожи с кишечником животных, колонизируются сообществами метаболически активных микробов. Исследователи обнаружили, что колонизация микроорганизмами вызывает обширное метаболическое перепрограммирование наряду с изменениями, которые регулируют анатомическую пластичность корней в ответ на взаимодействие с микроорганизмами.
Доктор Габриэль Кастрильо, ведущий автор статьи, объясняет: «Наши результаты подчеркивают важность как анатомической, так и метаболической сложности корней для формирования взаимодействия между растением и микробиомом, особенно в условиях экологического стресса. Эти знания можно использовать для оптимизации полезных взаимодействий между растением и микроорганизмами, улучшения структуры корней и повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям».
«Например, подходы синтетической биологии можно использовать для точного контроля выработки ключевых метаболитов, которые служат источником углерода для полезных микроорганизмов. Также эти подходы помогут найти способ улучшения особенностей анатомии корней при сохранении их основных функций, включая взаимодействие с микробиотой».
В сочетании с непосредственным применением N6,N6,N6-триметил-L-лизина такие стратегии могут открыть способы управления взаимодействием корней и микроорганизмов для достижения положительных результатов. Доктор Кастрилло добавляет: «Эти достижения и понимание химического диалога между растениями и их микробиотой могут способствовать разработке стратегий, основанных на микробиоме, с потенциалом повышения продуктивности и устойчивости сельского хозяйства».
