Het microbioom van de rhizosfeer kan de exsudatie van de wortels systemisch vormgeven en beheersen

Wortels zijn plantenorganen, die typisch water en mineralen uit de bodem opnemen. Het is minder bekend dat wortels ook metabolieten afscheiden, zogenaamde wortelexsudaten, die de eigenschappen van de grond direct rond de wortel beïnvloeden. Deze dunne laag grond wordt de rhizosfeer genoemd en herbergt een rijke microbiële diversiteit, de wortelmicrobiota. Door bepaalde exsudaten te produceren, planten communiceren met en besturen het microbiële leven in hun rhizosfeer voor hun eigen voordeel. Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben ontdekt dat dit geen eenrichtingsproces is. Tijdens het onderzoek naar tomatenplanten, ze ontdekten dat de microbiota ook systemisch de exsudatie van de wortels kan vormen en beheersen.

Als we denken aan ecologische hotspots, wortels en de aarde eromheen komen misschien niet meteen voor de geest. Echter, juist deze regio, de rhizosfeer, wordt beschouwd als een van de meest complexe ecosystemen op aarde. Het herbergt een diverse microbiotische gemeenschap, waaronder talrijke bacteriën, schimmels en archaea, gedijen in een omgeving die rijk is aan biochemische verbindingen, die worden uitgescheiden door plantenwortels in de kern van de rhizosfeer.

Planten regelen de microbiota van de rhizosfeer en geven vorm aan de fysische en chemische eigenschappen van de bodem via hun wortelexsudaten. Tegelijkertijd, het is algemeen bekend dat wortels veranderingen in de rhizosfeer waarnemen en systemische reacties uitlokken om zich te verdedigen tegen ziekteverwekkers of om zich aan te passen aan veranderingen in de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Niettemin, er zijn nog veel open vragen over de dynamiek en impact van de microbiota op de wortel zelf, en het was niet duidelijk hoe, of helemaal niet, de rhizosfeermicrobiota beïnvloedt de wortelexsudatie. Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Dr. Elisa Korenblum, een wetenschapper van het Weizmann Institute of Science in Israël in samenwerking met Dr. Jedrzej Szymanski van het Leibniz Institute IPK in Gatersleben, onlangs op deze vraag ingegaan tijdens het onderzoek naar wortels van tomatenplanten.

Dr. Korenblum en haar team voerden en analyseerden een reeks split-root-experimenten, waar de helft van de wortels van elke plant werd blootgesteld aan een microbioomrijke grond, en de andere helft werd gekweekt in steriele en biochemische omgevingsomstandigheden. Dit stelde hen in staat om het effect van verschillende microbiële gemeenschappen op het lokale wortelstelsel te onderzoeken, evenals de systemische veranderingen in de verre wortels in afwachting van de aanwezigheid van nieuwe micro-organismen. Dr. Szymanski, hoofd van de groep Netwerkanalyse en Modellering, traceerde het complexe netwerk van biochemische en genexpressiesignalen die deze microbioom-wortelcommunicatie en hun voortplanting van de plaats van oorsprong naar verre wortels beheersen. Ze ontdekten daarbij dat het microbioom van de rhizosfeer van tomaten de chemische samenstelling van wortels en wortelexsudaten rechtstreeks kan beïnvloeden via een systemisch signaalmechanisme van wortel tot wortel. Bijvoorbeeld, bacteriën van het geslacht Bacillus gebruiken dit proces, die de wetenschappers Systemically Induced Root Exudation of Metabolites (SIREM) noemden, om de afscheiding van acylsuikers in het hele wortelstelsel op gang te brengen.

De ontdekking van SIREM is een eerste stap op weg naar het ontwarren van het regulerende netwerk dat de complexe plantwortel-microbiële relatie omspant. Het is waarschijnlijk dat het SIREM-proces een belangrijk kenmerk is van wortel-microbiota-interacties in de rhizosfeer, en dat de door het microbioom opnieuw geprogrammeerde systemische wortelexsudatie de bodemconditionering bevordert. De precieze omvang van de regulerende rol en incidentie van SIREM moet nog worden bepaald.

• Metformine kan een lekkende darm helpen
• Genomische sequencing-techniek helpt de darmmicrobiota cel voor cel te begrijpen