Хозяин

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9445 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Псевдомонады метаболически гибки и могут жить на разных растениях-хозяевах. Однако метаболические адаптации, необходимые для беспорядочных связей хозяина, неизвестны. Здесь мы восполнили этот пробел в знаниях, применив RNAseq и сравнив транскриптомные ответы Pseudomonas donghuensis P482 на корневые экссудаты двух растений-хозяев: томата и кукурузы. Нашей главной целью было выявить различия и общие точки между этими двумя ответами. Пути, активируемые только экссудатом томата, включают детоксикацию оксида азота, восстановление железо-серных кластеров, дыхание через нечувствительный к цианиду цитохром bd и катаболизм аминокислот и/или жирных кислот. Первые два указывают на наличие доноров NO в экссудатах тест-растений. Кукуруза специфически индуцировала активность эффлюксного насоса MexE RND и толерантность к меди. Гены, связанные с подвижностью, индуцировались кукурузой, но подавлялись томатами. На общую реакцию на экссудаты, по-видимому, влияли как соединения, происходящие из растений, так и соединения из среды их роста: устойчивость к мышьяку и синтез бактериоферритина усиливались, в то время как ассимиляция серы, обнаружение цитрата железа и/или других переносчиков железа, приобретение гема и транспорт полярных аминокислот был подавлен. Наши результаты дают направление для изучения механизмов адаптации хозяина у микроорганизмов, связанных с растениями.

Растения питают микробные сообщества в ризосфере, выделяя смеси органических соединений через корни1. Корневые экссудаты содержат первичные метаболиты, такие как органические кислоты, аминокислоты, сахара и вторичные метаболиты с биоактивными или сигнальными свойствами. Точный химический состав экссудатов зависит от вида растения и его физиологического статуса, причем последний зависит от стадии развития, доступности питательных веществ и наличия стрессоров2. Различия в составе экссудата и работе врожденного иммунитета растений формируют состав и активность корневой микробиоты3.

Бактерии Pseudomonas могут процветать в различных экологических нишах, включая корни различных растений-хозяев. Их конкурентное преимущество заключается в метаболической гибкости и производстве широкого спектра вторичных метаболитов, включая противомикробные препараты и соединения, поглощающие железо4. Многие штаммы, ассоциированные с растениями, способствуют росту растений, облегчают абиотический стресс или защищают растения от патогенов5. Комплексных исследований филогенетического разнообразия растений, которые может колонизировать данный штамм Pseudomonas, не проводилось. Однако некоторые псевдомонады доказали свою эффективность в качестве агентов биоконтроля на видах растений, отличных от тех, из которых они произошли, или на нескольких культурах, что позволяет предположить, что псевдомонады являются довольно беспорядочными колонистами растений6.

Растет признание того, что виды растений отбирают особые микробные сообщества7, при этом более филогенетически удаленные растения-хозяева рекрутируют наиболее различные популяции микробиоты8. Таким образом, очевидная распущенность некоторых микроорганизмов, таких как псевдомонады, вызывает вопросы о метаболических изменениях, необходимых бактериям для колонизации нескольких хозяев или для поддержания связи с хозяином, претерпевающим физиологические изменения. Эту проблему было трудно решить с помощью существующих данных, поскольку большинство исследований рассматривают только единичные взаимодействия хозяина и микроба. Более того, хотя детерминанты специфичности хозяина во взаимодействиях растение-микроб были глубоко изучены для симбиотических ризобий, им уделялось мало внимания у бактерий, которые образуют менее тесные ассоциации со своими хозяевами9.

Pseudomonas donghuensis P482 представляет собой штамм биологического контроля, который ингибирует рост некоторых бактериальных и грибковых патогенов растений10,11. Первоначально выделенная из ризосферы томата (Solanum lycopersicum L.), бактерия может также колонизировать ризосферу картофеля12 и, как показано в этом исследовании, корни кукурузы, что в целом делает ее многообещающей моделью для изучения адаптивных признаков хозяина у беспорядочных бактерии, колонизирующие корни.