A. thaliana Kök Mikobiyomu

Şekil 1. A. thaliana kök mikobiyomunu temsil eden 41 mantar izolatının fotoğrafı. Kredi bilgileri: Stéphane Hacquard/MPIPZ

Karmaşık mikrobiyal topluluklar bitkilerde yaşar ve gelişimlerini düzenler. Özellikle kökler, bitki sağlığını doğrudan etkileyen bakteri ve mantarlar dahil olmak üzere çok çeşitli mikroorganizmalara ev sahipliği yapar. MPIPZ’den araştırmacılar, daha önce bu mantarların, bitki büyümesini teşvik edebilen kök mikrobiyomunun önemli üyeleri olduğunu, ancak yalnızca konakçının doğuştan gelen bağışıklık sisteminin ve kökte yaşayan bakterilerin birleşik eylemiyle kontrol altında tutulduklarında keşfettiklerini keşfettiler.

Yayınlanan yeni bir çalışmada Doğa İletişimi, Fantin Mesny ve ortak yazarlar, bu mantarların kökleri nasıl kolonize ettiğine, bunların birçoğunun neden potansiyel olarak zararlı olduğuna ve kök mikobiyomunda (yani, kök mikrobiyotasının mantar bileşeni) patojenik mantarlardan yararlı olanın neleri ayırdığına dair yeni bilgiler sağlıyor.

Bu soruları ele almak için araştırmacılar model bitkiye odaklandı. Arabidopsis thaliana (Thale Cress), bu mantarlarla işlevsel bir simbiyoz kurmak için gereken genetik ağı barındırmadığı için besin elde etmek için faydalı mikorizal mantarlara güvenemez. A. thaliana muhtemelen mikorizal ortaklarının kaybını telafi etmek ve doğada hayatta kalmak için diğer mantarlara güvenir. Bu kök kolonileştirici mantarları geniş çeşitliliklerinde daha iyi karakterize etmek için araştırmacılar, Avrupa’daki sağlıklı bitkilerin köklerinden çeşitli mantar suşlarını izole ettiler ve kök mikobiyomunu temsil eden 41 tanesini seçtiler. A.thaliana (Şekil 1).

INRAE ​​Nancy (Fransa) ve JGI (ABD) ile işbirliği içinde, bu mantarların genomları dizilendi ve daha önce saprotrofik, patojenik, endofitik veya mikorizal olarak tanımlanan diğer mantarlarla karşılaştırıldı. Şaşırtıcı bir şekilde, bilim adamları, sağlıklı bitkilerin köklerinden izole edilen çoğu kök mikobiyota üyesinin, muhtemelen patojenik olan atalardan türetildiğini ve daha önce faydalı mikorizal mantarların genomlarında kaybolduğu gösterilen bir gen pilini koruduğunu buldular. Bu genler, konakçı bağışıklık sistemini modüle edebilen efektör benzeri küçük salgılanan proteinleri ve pektin, selüloz ve hemiselüloz dahil olmak üzere çok sayıda bitki hücre duvarı bileşenini bozabilen enzimleri kodlar. Bu bulgular, bu mantarların birçoğunun atalarının patojenik yeteneklerinin en azından bir kısmını muhafaza etmiş olabileceği ihtimalini artırdı.

Bu hipotezi test etmek için, A. thaliana bitkiler, herhangi bir mikroorganizmanın yokluğunda kapalı bir sistem içinde büyütüldü veya seçilen 41 mantar izolatının her biri ile yeniden kolonize edildi. Bu deney, bitki büyümesi üzerinde çok zararlıdan faydalıya kadar çok çeşitli mantar etkileri tanımladı. Özellikle yazarlar, bitki için en zararlı suşların, faydalı etkilere sahip olanlardan çok daha agresif bir şekilde kökleri kolonize ettiğini gözlemlediler. Ayrıca, mantarlar en sık köklerde tespit edilir. A. thaliana doğada, mono-assosiasyon deneylerinde konakları üzerinde zararlı etkiler gösterenler de vardı. Stéphane Hacquard grubunun önceki çalışması, mikobiyomun A. thaliana konakçı bağışıklık sistemi ve kökte yaşayan bakteriler bu mantarların çoğalmasını sıkı bir şekilde kontrol etmediğinde zararlı hale gelebilir. Bu yeni sonuçlar, doğada yüksek kök kolonizasyon potansiyeline sahip mantarların, büyümelerini kontrol etme ihtiyacını açıklayan yüksek bir patojenik potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.

Yazarlar, makine öğrenimi modelleri de dahil olmak üzere ilişkilendirme yöntemlerinin bir kombinasyonunu kullanarak mantar etkilerini A. thaliana genom kompozisyonlarına büyüme ve zararlı etkileri ve kök kolonizasyon yeteneklerini açıklayabilecek bir aday gen ailesini başarıyla tanımladı. Bu aile (pektat liyaz PL1_7) özellikle dikotiledonlu bitkilerin köklerinde bol miktarda bulunan bitki hücre duvarlarının temel bir bileşeni olan pektini parçalayan enzimleri kodlar. A. thaliana. Mantar zararlı aktivitesine katılımını doğrulamak için, bu aileden bir gen, doğal olarak onu barındırmayan bir mantar türünün genomuna dahil edildi. Ortaya çıkan mutant suş, kökleri orijinal izolattan daha agresif bir şekilde kolonize edebildi ve köklerdeki mantar yükündeki bu artış, bitki performansı üzerinde bir ceza ile ilişkilendirildi.

Çalışmanın son yazarı Stéphane Hacquard’a göre, “Bu sonuçlar, mantar genomlarındaki bitki hücre duvarını parçalayan enzimlerin repertuarlarının, kök endosferine erişimi sağlayan anahtar genetik belirleyiciler olduğunu ve sağlam kök kolonizatörlerinin bozunurlarsa neden potansiyel olarak zararlı hale gelebileceğini açıklıyor. çok agresif bir şekilde kök salıyor.”

Bu çalışma, doğadaki sağlıklı bitkilerin mikobiyomunun hem dostlardan hem de düşmanlardan oluştuğunu vurguladı. Bu bulgu, mantarların bitki sağlığı üzerindeki etkileri hakkında yeni bir bakış açısı sunuyor ve muhtemelen tarım için yeni heyecan verici düşünceler ve gelişmelere kapı açıyor. Bu sonuçlardan yararlanmak, bitki performansı üzerinde faydalı sonuçlar elde etmek için sentetik mantar topluluklarının nasıl tasarlanacağı ve optimize edileceği konusunda potansiyel olarak bir mantık sağlayabilir.

Referans: “Arabidopsis kök mikobiyomunda endofitizmin genetik belirleyicileri” 10 Aralık 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038 / s41467-021-27479-y





#Mantar #Kökü #Mikrobiyomlarında #Dostları #Düşmanlardan #Genetik #Olarak #Ayırmak