Rhizosfärmikrobiom kan systemiskt forma och kontrollera rotutsöndring

Rötter är växtorgan, som vanligtvis absorberar vatten och mineraler från jorden. Det är mindre känt att rötter också utsöndrar metaboliter, så kallade rotutsöndringar, som påverkar jordens egenskaper direkt runt roten. Detta tunna jordlager kallas rhizosfären och är hem för en rik mikrobiell mångfald, rotmikrobioten. Genom att producera vissa utsöndringar, växter kommunicerar med och styr det mikrobiella livet inom sin rhizosfär till egen fördel. Nu, forskare har upptäckt att detta inte är en enkelriktad process. När jag undersöker tomatplantor, de fann att mikrobioten också systemiskt kan forma och kontrollera rotutsöndring.

När man tänker på ekologiska hotspots, rötter och jorden som omger dem kanske inte omedelbart kommer att tänka på. Dock, just denna region, rhizosfären, anses vara ett av de mest komplexa ekosystem som finns på jorden. Den har ett varierande mikrobiotiskt samhälle, inklusive många bakterier, svampar och archaea, trivs i en miljö rik på biokemiska föreningar, som utsöndras av växtrötter i kärnan i rhizosfären.

Växter styr rhizosfärens mikrobiota och formar markens fysiska och kemiska egenskaper genom sina rotutsöndringar. På samma gång, det är välkänt att rötterna känner av förändringar i rhizosfären och utlöser systemiska svar för att försvara sig mot patogener eller för att anpassa sig till förändringar i tillgängligheten av näringsämnen. Ändå, det finns fortfarande många öppna frågor angående dynamiken och effekten av mikrobioten på själva roten, och det var inte klart hur, eller om det alls är rhizosfärens mikrobiota påverkar rotutsöndringen. Ett internationellt forskargrupp under ledning av Dr Elisa Korenblum, en forskare från Weizmann Institute of Science i Israel i samarbete med Dr Jedrzej Szymanski från Leibniz Institute IPK i Gatersleben, tog nyligen denna fråga när jag undersökte rötter av tomatplantor.

Dr Korenblum och hennes team genomförde och analyserade en rad split-root-experiment, där hälften av rötterna i varje växt utsattes för en mikrobiomrik jord, och den andra halvan odlades i sterila och biokemiskt omgivande förhållanden. Detta gjorde det möjligt för dem att undersöka effekten av olika mikrobiella samhällen på det lokala rotsystemet, liksom de systemiska förändringarna i de avlägsna rötterna i väntan på närvaron av nya mikroorganismer. Dr Szymanski, chef för gruppen Network Analysis and Modeling, spårade det komplexa nätverket av biokemiska och genuttryckssignaler som styr denna mikrobiom-rotkommunikation och deras spridning från ursprungsorten till avlägsna rötter. De upptäckte därigenom att tomatrizosfärens mikrobiom direkt kan påverka den kemiska sammansättningen av rötter och rotutsöndringar via en systemisk rot-till-rot-signalmekanism. Till exempel, bakterier av släktet Bacillus använder denna process, som forskarna kallade Systemically Induced Root Exudation of Metabolites (SIREM), för att utlösa utsöndring av acylsocker i hela rotsystemet.

Upptäckten av SIREM är ett första steg mot att avveckla det reglerande nätverket som spänner över det komplexa växtroten-mikrobiella förhållandet. Det är troligt att SIREM-processen är en nyckelfunktion i rot-mikrobiota-interaktioner inom rhizosfären, och att den mikrobiom-omprogrammerade systemiska rotutsöndringen främjar markkonditionering. Den exakta omfattningen av tillsynsrollen och förekomsten av SIREM är ännu inte bestämd.

• Metformin kan hjälpa tarmläckage
• Genomisk sekvenseringsteknik hjälper till att förstå tarmmikrobiota en cell i taget