Бактерии Xanthomonadales являются основным отрядом микробиоты растений и, по-видимому, специализированы для выживания и процветания в почве и местах обитания корней растений. Ученые пришли к выводу, что широко распространенная способность модулировать иммунные реакции растений, вероятно, способствовала этой специализации и их основному членству в микробиоте.
Исследование, проведенное учеными из Института исследований селекции растений имени Макса Планка в Кельне, показало, что способность подавлять иммунные реакции растений свойственна многим бактериям, живущим на здоровых корнях растений. Эта черта стабилизирует бактериальные сообщества, известные как корневая микробиота, против возмущений через иммунную систему растений. Статья опубликована в журнале Nature Plants.
Иммунная система растений - это высокоспециализированная и чувствительная сеть защиты, которая служит для отражения патогенных микробов, которые пытаются использовать растительные ресурсы. Поэтому растения постоянно исследуют свое окружение на предмет бактериальных особенностей, которые действуют как сигналы тревоги о присутствии потенциальных захватчиков.
Одной из наиболее распространенных особенностей является короткий узор в бактериальном флагеллине, белке, который составляет волосовидный придаток, позволяющий бактериям перемещаться.
Иммунные реакции растений, которые включают перераспределение ресурсов от роста к защите, активируются при распознавании флагеллина растительным рецептором, называемым FLS2. Однако флагеллин есть не только у патогенных бактерий, но и у тех, которые находятся в комменсальных отношениях со своими хозяевами-растениями, которые вмещают разнообразную коллекцию микробов, известную как микробиота.
Как же тогда комменсальные бактерии, которые повсеместно распространены на всех растениях и намного превосходят по численности патогенные бактерии на здоровых растениях, колонизируют и сохраняются на своих хозяевах? Теперь ученые лучше понимают это кажущееся противоречие.
Исследователи под руководством соавторов Ка-Вая Ма и Пола Шульце-Леферта знали из предыдущих работ, что 40% всех бактерий, обнаруженных на здоровых корнях, включая бактерии из порядка Xanthomonodales - основного порядка микробиоты растений - обладают способностью подавлять иммунные реакции растений, что определяется их способностью смягчать торможение роста корней, связанное с распознаванием флагеллина.
В более целенаправленном анализе первый автор Яна Ордон и коллеги обнаружили, что иммуносупрессия на самом деле широко распространена среди Xanthomonadales. Сосредоточившись на одном из этих подавляющих штаммов Xanthomonodales, R179, они смогли определить, что R179 использует комбинацию различных механизмов для достижения этого.
В одном из них R179 устраняет флагеллин и другие опасные молекулы, которые активируют иммунный ответ растений. Ученые также идентифицировали два компонента-транспортера R179, которые могут функционировать для перемещения иммуносупрессивных молекул в пространство между бактерией и растением-хозяином. Таким образом, комменсальные бактерии неожиданно обладают, как и патогены, репертуаром механизмов для обхода иммунных ответов растений.
Модельное растение резуховидка Таля ( Arabidopsis thaliana ) растет на питательной среде. Флагеллин запускает иммунные реакции, которые переключают ресурсы на защиту, что приводит к снижению роста растений. Колонизация комменсалом Rhodanobacter (отряд Xanthomonadale) компенсирует этот дисбаланс между ростом и защитой с помощью транспортной системы и распада флагеллина. Источник: Институт исследований селекции растений Макса Планка.
Детально проанализировав реакции растений, группа исследователей смогла установить значение этой иммуносупрессии для бактериальных сообществ, ассоциированных с корнями. Они определили, что R179, который сам по себе содержит иммуногенные молекулы, может не только блокировать собственное распознавание растением, но и может включать других членов микробных сообществ в свой камуфляж.
Таким образом, хотя сам R179 не содержит белка флагеллина, его способность подавлять иммунные реакции, активируемые флагеллином, дает ему конкурентное преимущество в сообществе, то есть позволяет ему перерастать неиммуносупрессивные бактерии, и поэтому Xanthomonadales являются основным отрядом микробиоты растений.
Источник: Max Planck Society.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.