Грибки могут манипулировать бактериями, чтобы обогащать почву нужными элементами

Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры, называемые гифами, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон
Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры, называемые гифами, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон

Команда исследователей из Института Бойса Томпсона (BTI) обнаружила особую группу бактерий, которые могут помогать грибкам и растениям обогащать почву питательными веществами. Полученные результаты могут подвести к появлению экономически и экологически выгодных методов обогащения почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, снижая зависимость фермеров от традиционных химических удобрений.

Арбускулярные микоризные (AM) грибки формируют симбиотические отношения с корнями 70% всех наземных растений на планете. В их взаимоотношениях растения обменивают жирные кислоты на азот и фосфор от грибков. Однако у AM грибков отсутствуют ферменты, необходимые для высвобождения азота и фосфора из сложных органических молекул.

Трое исследователей из BTI под руководством Марии Гаррисон, профессора кафедры Вильяма Генри Крокера в BTI, задались вопросом, могут ли почвенные микробиомы помогать грибкам получать доступ к этим макроэлементам. В первую очередь команда исследовала, связаны ли AM грибки с определённым сообществом бактерий. Исследование было описано в статье, опубликованной в журнале The ISME Journal 1 марта.

Команда изучила живущие на нитевидных образованиях (гифах) бактерии, которые грибки распространяют в почву на большие расстояния от растения-хозяина. На гифах у двух грибков команда обнаружила весьма схожие сообщества бактерий, состав которых отличался от состава окружающей их почвы.

«Это говорит нам о том, что прямо как у корней растений или в кишечнике у людей, у гиф есть собственная микробиома, — сказала Гаррисон, которая также является профессором Школы интегративных наук о растениях в Корнеллском университете. — Мы уже проверяем несколько интересных предположений о том, как именно могут помочь бактерии, например, с поглощением фосфатов».

«Если мы правы, то обогащение почвы частью этих бактерий может повысить урожайность сельскохозяйственных культур, и, впоследствии, уменьшить потребность в традиционных удобрениях, что облегчит стоимость выращивания культур и нагрузку на окружающую среду», — добавила Гаррисон. Соавторами исследования были также прежние специалисты BTI Брайан Эммет и Вероника Левек-Трамбле.

Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры бактерий, называемые гифы, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон
Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры бактерий, называемые гифы, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон

В ходе исследования команда использовала два вида AM грибков: Glomus versiforme и Rhizophagus irregularis. Учёные выращивали их в трёх разных образцах почвы в симбиозе с Brachypodium distachyon — родственным пшенице травянистым растением. Спустя 65 дней совместного роста грибков с растением исследователи использовали секвенирование генов для определения бактерий, находящихся на поверхности гифов.

Команда обнаружила невероятное сходство в составе бактериальных сообществ, состоящих из двух видов грибков. Эти сообщества были похожи во всех трёх типах почвы, но сильно отличались от тех, что были найдены на значительном расстоянии от волокон гифа. До сих пор не ясны функции данных бактерий, однако по их составу уже можно предположить некоторые интересные возможности.

«Мы подозреваем, что некоторые их этих бактерий высвобождают ионы фосфата в непосредственной близости от корней, позволяя грибкам захватывать эти ионы, — сказала Гаррисон. — Изучение того, какие именно бактерии обладают этой функцией, может стать ключом к улучшению процесса приобретения фосфатов грибами, чтобы принести пользу растениям».

Группа Гаррисон также исследует факторы, определяющие то, какие именно бактерии собираются на волокнах гифа. Гаррисон считает, что AM грибки могут выделять молекулы, которые привлекают данные бактерии, а бактериальные сообщества, в свою очередь, могут влиять на то, какие молекулы выделяют грибки.

Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры бактерий, называемые гифы, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон
Арбускулярные микоризные грибки раскидывают нитевидные структуры бактерий, называемые гифы, далеко в глубь почвы. Гифы тоньше человеческого волоса и могут формировать собственный микробиом. Права: Мария Гаррисон

Среди микробиомов гифов были Myxococcales и другие таксоны, включающие бактерии-хищники, которые убивают и едят другие бактерии, заставляя их лопаться и выделять в среду собственное содержимое.

Эти хищники передвигаются, скользя по поверхности, поэтому грибковые нити могут служить своего рода линейными пищевыми путями, — сказал Эммет, который сейчас является исследователем-микробиологом департамента сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Эймсе, штат Айова. — Многие почвенные бактерии, по всей видимости, путешествуют в почве по грибковым гифам, и хищники могут сделать это путешествие более опасным».

Хоть и не каждый член данного таксона может быть хищником, группа Гаррисон планирует изучить, как и почему там собираются предполагаемые хищники. «Вполне вероятно, что действия хищников способны сделать минеральные вещества доступными для всех живущих в окружающей почве организмов — как для хищников, так и для грибков», — заключила Гаррисон.

_______________
Перевод Екатерина Хананова, редактор Антон Меньшенин.

Исследование — Bryan D. Emmett et al, Conserved and reproducible bacterial communities associate with extraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi, The ISME Journal (2021). DOI: 10.1038/s41396-021-00920-2

Источник — Fungi could manipulate bacteria to enrich soil with nutrients

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s