W interdyscyplinarnym badaniu naukowcy odkryli, że bakterie symbiotyczne komunikują się z roślinami strączkowymi za pośrednictwem określonych cząsteczek i że komunikacja ta wpływa na to, które bakterie rosną w pobliżu korzeni roślin. Odkrycia dostarczają wiedzy na temat tego, w jaki sposób rośliny i bakterie glebowe tworzą korzystne partnerstwa na rzecz pobierania składników odżywczych i odporności. Wyniki te stanowią krok w kierunku zrozumienia, w jaki sposób komunikacja między roślinami a bakteriami glebowymi może prowadzić do powstania określonych korzystnych skojarzeń dostarczających roślinom składniki odżywcze.
Wyniki opublikowane w Nature Communications pokazują, że symbiotyczne bakterie wiążące azot mogą zapewnić dominację wśród drobnoustrojów glebowych dzięki komunikacji opartej na sygnalizacji z żywicielem roślin strączkowych. Naukowcy odkryli, że gdy rośliny strączkowe potrzebują azotu, wysyłają z korzeni do gleby specyficzne cząsteczki, które z kolei są rozpoznawane przez bakterie symbiotyczne w celu wytworzenia innej cząsteczki, czynnika Nod, który jest ponownie rozpoznawany przez roślinę strączkową. Kiedy dojdzie do wzajemnego rozpoznania, roślina zmodyfikuje panel cząsteczek wydzielanych przez korzenie, wpływając w ten sposób na to, które bakterie glebowe mogą rosnąć w pobliżu ich korzeni.
Rośliny takie jak rośliny strączkowe mają szczególny związek z niektórymi bakteriami w glebie. Bakterie te pomagają roślinom rosnąć w glebie ubogiej w azot, przekształcając azot z powietrza w użyteczną formę. W zależności od zawartości azotu w glebie rośliny strączkowe mogą znajdować się w różnych stanach: brak azotu, współpraca z bakteriami lub wykorzystanie azotu ze źródeł nieorganicznych, takich jak azotany.
Wykazano wcześniej, że symbioza z bakteriami wiążącymi azot wpływa na resztę mikroorganizmów żyjących wokół korzeni roślin. Jednak nie zawsze jest jasne, jak to partnerstwo wpływa na inne drobnoustroje i czy zależy to od ilości azotu w roślinie.
W nowym badaniu zespół odkrył, że zbiorowiska bakterii wokół korzeni i otaczającej gleby różnią się w zależności od poziomu azotu w roślinie i mają moc predykcyjną tego poziomu. Co więcej, odkryto, że wymiana sygnalizacyjna między rośliną strączkową a jej symbiontem odgrywa kluczową rolę w modulowaniu profilu cząsteczek wydzielanych przez korzenie, wpływając na tworzenie symbiotycznego mikrobiomu korzeni.
Wyniki dostarczają cennych informacji na temat złożonej zależności pomiędzy odżywianiem azotem, sygnalizacją czynnika Nod i tworzeniem mikrobiomu korzeni. Odkrycia podkreślają znaczenie symbiozy i odżywiania azotem w kształtowaniu interakcji roślina-bakterie, oferując potencjalne zastosowania w rolnictwie i zrównoważonym wzroście roślin.
Jest to wyraźny przykład badań interdyscyplinarnych, w których specjalistyczna wiedza z zakresu chemii prof. dr Marianne Glasius w celu analizy wysięków korzeniowych, matematyki prof. dr Rasmusa Waagepetersena w celu opracowania modeli predykcyjnych oraz genetyki roślin i mikrobiomu prof. dr. Simona Radutoiu umożliwiła kompleksowe badania przyczynowe zbiorowisk bakterii związanych z korzeniami. Integrując te różnorodne dziedziny, badacze byli w stanie odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące wpływu odżywiania azotem i symbiozy na interakcje roślina-bakterie, dostarczając cennych informacji na temat zrównoważonego rolnictwa.