Взаимодействие друг с другом кардинально влияет на приспособленность растений, их сосуществование, жизненный цикл и формирование сообщества. Однако, взаимодействие растений с ранее разошедшимися зелеными линиями также важно и актуально для современных экосистем, стремящихся к биологизации. Роль микроводорослей как игроков в микробиоме растений только недавно начала оцениваться, и их использование для улучшения плодородия почвы, сохранения воды и роста растений в настоящее время становится перспективным подходом к устойчивому сельскому хозяйству.
Исследование ученых из Университета Кордовы показывает, как водоросли производят ауксин, растительный гормон, открывая путь коммуникации с бактериями для создания синергии, которая может принести пользу сельскохозяйственному производству. Статья опубликована в журнале iScience.
Ауксин — это гормон, который имеет основополагающее значение для растений, поскольку он помогает им расти и отвечает за то, чтобы их листья искали свет, а их корни проникали в почву. Это важный гормон в химическом языке растений, позволяющий им общаться с другими организмами и способствующий полезным взаимодействиям. Но как он работает в водорослях, которые являются «кузенами» растений?
Хотя уже несколько лет известно, что водоросли производят ауксин, знания об этом предмете ограничены, а механизмы, используемые водорослями для его производства, не были описаны. Теперь исследователи Виктория Калатрава, Аврора Гальван, Анхель Льямас и Эмилио Фернандес из исследовательской группы по неорганическому азотному метаболизму в водорослях в Университете Кордовы открыли один из путей производства ауксина в водорослях, используя водоросль Chlamydomonas reinhardtii в качестве модели.
«Ауксин индолил-3-уксусная кислота является важной сигнальной молекулой, которая контролирует практически каждый аспект развития растений. Хотя изначально считалось, что она вырабатывается исключительно наземными растениями, несколько исследований показали, что водоросли, бактерии и грибы могут не только реагировать на эту молекулу, но и вырабатывать ее внеклеточно, что делает ее широко распространенной межцарственной сигнальной молекулой. Хламидомонада Рейнгардта - подвижная одноклеточная зеленая водоросль, представитель рода хламидомонада, которая широко распространена в почве и пресной воде. Продемонстрированный нами путь производства ауксина очень прост и распространен. Он включает фермент оксидазу L-аминокислот (LAO1), который производит ауксин с использованием триптофана», - объясняет профессор Гальван.
Водоросль вырабатывает гормон в своем периплазматическом пространстве, своего рода проницаемой мембране, где находится фермент. «Это интересно, потому что оттуда она может высвобождать гормон наружу, чтобы общаться с другими организмами, или, возможно, включать его внутрь, чтобы регулировать свой метаболизм», - продолжает исследователь.
Группа также изучила влияние продукции ауксина на водоросли и то, как этот гормон помогает им взаимодействовать с бактериями рода Methylobacterium из класса альфа-протобактерий для создания полезных взаимодействий.
«Мы видим, что накопление ауксина плохо, потому что оно замедляет рост. При низких концентрациях он на самом деле улучшает рост водорослей, но когда он накапливается, происходит эффект торможения, - говорит исследователь Калатрава. - Чтобы преодолеть эти негативные эффекты, в игру вступает Methylobacterium. Бактерия разрушает ауксин, снижая уровень гормонов, помогая хламидомонаде продолжать расти, в то время как бактерия получает питание из ауксина».
Итак, ауксин действует как посредник в этих мутуалистических отношениях, в которых водоросли и бактерии помогают друг другу. Также, что интересно, эти бактерии могут питаться ауксином только в присутствии водорослей, что усиливает важность этого кооперативного режима.
Как это применимо к полю? Указывая на важность ауксина для растений, исследователь подчеркнул, что «и водоросли, и бактерии живут на полях и являются частью микробиоты растений, поэтому их выработка и регулирование ауксина может служить улучшению сельскохозяйственного производства, стимулируя как их рост, так и их устойчивость к стрессам, таким как засуха».
Предполагаемая роль мутуалистических взаимодействий, опосредованных ауксином, между Chlamydomonas, Methylobacterium и наземными растениями. Источник: iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.108762.
Таким образом, после того, как будет понятен путь производства ауксина водорослями и его роль в создании полезных мутуализмов с бактериями, группа попытается понять роль водорослей в микробиоте растений и, в частности, взаимодействие водорослей, бактерий и растений, чтобы оценить его потенциал в разработке биостимуляторов, которые могут принести пользу устойчивому и экологически чистому сельскохозяйственному производству.
Источник и фото: University of Cоrdoba.