Undersøgelse afslører nøglerollen af ​​plante-bakterier kommunikation til samling af et sundt plantemikrobiom

I et tværfagligt studie har forskere opdaget, at symbiotiske bakterier kommunikerer med bælgplanter gennem specifikke molekyler, og at denne kommunikation har indflydelse på, hvilke bakterier der vokser nær planterødderne. Resultaterne giver indsigt i, hvordan planter og jordbakterier danner gavnlige partnerskaber for næringsoptagelse og modstandskraft. Disse resultater er et skridt i retning af at forstå, hvordan kommunikation mellem planter og jordbakterier kan føre til specifikke gavnlige associationer, der forsyner planter med næringsstoffer.

Resultaterne i Nature Communications finde ud af, at symbiotiske, nitrogenfikserende bakterier kan sikre dominans blandt jordmikrober på grund af deres signalbaserede kommunikation med bælgplanteværten. Forskere opdagede, at når bælgplanter har brug for nitrogen, vil de sende specifikke molekyler ud fra rødderne og ind i jorden, som igen genkendes af de symbiotiske bakterier for at producere et andet molekyle, Nod-faktoren, som gensidigt genkendes af bælgplanten.

Når denne gensidige anerkendelse er etableret, vil planten modificere panelet af rodudskilte molekyler og vil på denne måde påvirke den jord, hvori bakterier kan vokse i nærheden af ​​deres rødder.

Planter som bælgfrugter har et særligt forhold til visse bakterier i jorden. Disse bakterier hjælper planterne med at vokse i jord, der ikke har meget nitrogen, ved at omdanne kvælstof fra luften til en brugbar form. Afhængigt af det tilgængelige nitrogen i jorden kan bælgplanter være i forskellige tilstande:mangel på nitrogen, i et partnerskab med bakterierne eller ved at bruge nitrogen fra uorganiske kilder som nitrat.

Symbiosen med kvælstoffikserende bakterier har tidligere vist sig at påvirke resten af ​​mikroorganismer, der lever omkring planterødderne. Det er dog ikke altid klart, hvordan dette partnerskab påvirker andre mikrober, og om det afhænger af, hvor meget nitrogen planten har.

I den nye undersøgelse fandt holdet ud af, at bakteriesamfundene omkring rødderne og i den omgivende jord adskiller sig afhængigt af og har forudsigelig kraft for plantens kvælstofstatus. Desuden blev det fundet, at signaludveksling mellem bælgplanter og dens symbiont spiller en afgørende rolle i at modulere profilen af ​​rodudskilte molekyler, hvilket påvirker samlingen af ​​et symbiotisk rodmikrobiom.

Resultaterne giver værdifuld indsigt i det komplekse samspil mellem nitrogenernæring, Nod-faktor-signalering og rodmikrobiomsamling. Resultaterne understreger vigtigheden af ​​symbiose og nitrogenernæring i udformningen af ​​plante-bakterie-interaktioner, hvilket tilbyder potentielle anvendelser i landbruget og bæredygtig plantevækst.

Dette er et tydeligt eksempel på tværfaglig forskning, hvor forskellige typer af ekspertise i kemi fra Aarhus Universitets lektor dr. Marianne Glasius til at analysere rodeksudater, i matematik fra prof. dr. Rasmus Waagepetersen til at udvikle prædiktive modeller, og i plantegenetik og mikrobiom fra prof. dr. Simona Radutoiu har muliggjort komplekse årsagsstudier af rodassocierede bakteriesamfund.

Ved at integrere disse forskellige felter var forskerne i stand til at besvare nøglespørgsmål om, hvordan nitrogenernæring og symbiose påvirker plante-bakterie-interaktioner, hvilket giver værdifuld indsigt i bæredygtigt landbrug.

Flere oplysninger: Ke Tao et al., Nitrogen- og Nod-faktor-signalering bestemmer Lotus japonicus-rodeksudatsammensætning og bakteriesammensætning, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47752-0

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Aarhus Universitet