Vi fortsätter med vårt Thanksgiving-tema, här är hur växter skördar lite näring till sin egen middag. Tack till Max Planck Institute for Plant Breeding Research för deras arbete med den här artikeln.
I naturen är friska växter fulla av bakterier och andra mikrober, mestadels härrörande från jorden de växer i. Denna gemenskap av mikrober, växtmikrobiotan , är avgörande för optimal växttillväxt och skyddar växter från de skadliga effekterna av patogena mikroorganismer och insekter. Plantrotsmikrobiotan tros också förbättra växternas prestanda när näringshalterna är låga, men konkreta exempel på sådana fördelaktiga interaktioner är fortfarande få.
Järn är ett av de viktigaste mikronäringsämnena för växternas tillväxt och produktivitet. Även om det finns rikligt i de flesta jordar, begränsar järns dåliga tillgänglighet ofta växttillväxt, eftersom det finns i former som inte kan tas upp av växter. Sålunda kräver tillräcklig skörd ofta användning av kemiska gödningsmedel, som kan vara ekologiskt skadliga om de appliceras i överskott. Nu har MPIPZ-forskare under ledning av Paul Schulze-Lefert avslöjat en ny strategi som används av växter för att övervinna detta problem:de frigör ämnen från sina rötter som styr växtrelaterade bakterier att mobilisera jordjärn så att växter lätt kan ta upp det.
När de konfronteras med järn i otillgängliga former, sätter växter upp en kompenserande respons för att undvika järnbrist. Denna svältreaktion innebär omfattande omprogrammering av genuttryck och produktion och utsöndring av kumariner, aromatiska föreningar som släpps ut från växtrötter och som i sig kan förbättra järnlösligheten. Intressant nog visades det nyligen att kumariner är en selektiv kraft som formar sammansättningen av växtrelaterade bakteriesamhällen. Nu kommer det fram att vissa kumariner också fungerar som en "SOS ” signal som uppmanar rotmikrobiotan att stödja växtnäring av järn.
För att först utvärdera rotmikrobiotans bidrag till järnbegränsande växtprestanda använde Christopher Harbort och kollegor ett kontrollerat system som gjorde det möjligt för dem att reglera tillgången på järn såväl som närvaron av rotassocierade bakterier. Med hjälp av laboratoriemodellen thale krasse jämförde de växter som helt saknar bakterier och sådana med en extra syntetisk gemenskap (SynCom) av bakteriella kommensaler som återspeglar den rotbakteriella mångfalden som observeras i naturen. Författarna fann att tillsats av denna bakteriella SynCom kraftigt förbättrade prestandan hos växter som odlats på otillgängligt järn men inte de som odlats med järn som var lättillgängligt. Att odla växter i associationer med enstaka bakteriestammar gjorde det möjligt för dem att fastställa att denna järnräddande förmåga är utbredd bland bakterier från olika bakterielinjer i rotmikrobiotan. När forskarna utförde samma experiment med växter begränsade i deras förmåga att producera eller utsöndra kumariner gav bakteriegemenskapen inga fördelar. Således kunde de visa att växtutsöndrade kumariner är ansvariga för att framkalla näringshjälp från bakteriella kommensaler under järnbegränsning.
Författarnas resultat tyder starkt på att rotmikrobiotan är en integrerad del av hur växter anpassar sig till tillväxt i järnbegränsande jord. Dessutom, genom att identifiera växt-till-mikrob-signalen för hjälp, tar denna forskning oss ett steg närmare att utnyttja naturligt förekommande jordbakterier som ett substitut för syntetiska gödningsmedel. Att förbättra växtnäringen av järn kan inte bara förbättra jordbrukets avkastning, utan också öka näringsinnehållet i baslivsmedelsgrödor, en potentiell strategi för att hantera järnbrist hos människor också.
Läs mer: Rotutsöndrade kumariner och mikrobiotan samverkar för att förbättra järnnäringen i Arabidopsis
Harbort, C. J., Hashimoto, M., Inoue, H., Niu, Y., Guan, R., Rombolà, A. D., Kopriva, S., Voges, M. J. E. E. E., Sattely, E. S., Garrido-Oter, R. ., Schulze-Lefert, P .
