Planters kommunikation med bakterier er afgørende for sundt mikrobiom og bæredygtig plantevækst
I et nyt tværfagligt studie har forskere opdaget, at kommunikationen mellem symbiotiske bakterier og bælgplanter spiller en afgørende rolle i opbygningen af et sundt mikrobiom omkring plantens rødder. Dette samarbejde understøtter ikke kun plantens næringsoptagelse, men påvirker også, hvilke bakterier der trives nær rødderne. Resultaterne, offentliggjort i Nature Communications, peger på betydningen af denne symbiose for bæredygtig plantevækst og landbrug.
I det nye studie opdagede forskerne, at når bælgplanter har brug for kvælstof, sender de specifikke molekyler ud fra rødderne, som genkendes af de symbiotiske bakterier. Disse bakterier producerer derefter en såkaldt Nod-faktor, som planten genkender. Når denne gensidige kommunikation er etableret, ændrer planten de molekyler, den udskiller fra rødderne, hvilket påvirker, hvilke bakterier der kan trives nær rødderne.
Bælgplanter har et særligt forhold til visse bakterier i jorden, som hjælper med at omdanne luftens kvælstof til en form, planterne kan bruge til vækst. Afhængigt af mængden af tilgængeligt kvælstof kan bælgplanter være i forskellige tilstande: de kan mangle kvælstof, samarbejde med bakterierne eller bruge kvælstof fra andre kilder som nitrat.
Denne symbiose med kvælstoffikserende bakterier har tidligere vist sig at påvirke de øvrige mikroorganismer, der lever omkring plantens rødder. Men det har været uklart, hvordan dette påvirker andre mikrober, og om det afhænger af, hvor meget kvælstof planten har.
Resultaterne viste, at mikrobiomen omkring rødderne varierer afhængigt af plantens kvælstofstatus og kan anvendes til at forudsige plantens fysiologiske tilstand. Desuden spiller udveksling af signaler mellem bælgplante og dens symbiont en afgørende rolle i reguleringen af de molekyler, der udskilles fra rødderne, hvilket påvirker sammensætningen af det symbiotiske mikrobiom omkring rødderne.
De nye resultater kaster værdifuldt lys over komplekse dynamikker mellem kvælstofnæring, signalering og sammensætning af mikrobiomet ved rødderne. De fremhæver vigtigheden af symbiose og korrekt kvælstofnæring for at regulere interaktionen mellem planter og bakterier, og peger på potentielle anvendelser inden for landbrug og fremme af bæredygtig vækst.
Dette er et klart eksempel på tværfaglig forskning, hvor ekspertise inden for kemi fra Marianne Glasius til analyse af rodudskillelser, matematik fra Rasmus Waagepetersen til udvikling af forudsigende modeller, og plantegenetik samt mikrobiom fra Simona Radutoiu, gjorde det muligt at udføre komplekse studier af bakteriesamfund associeret med rødderne. Ved at integrere disse forskellige discipliner kunne forskerne besvare centrale spørgsmål om, hvordan kvælstofnæring og symbiose påvirker interaktionen mellem planter og bakterier, hvilket bidrager til værdifuld indsigt i bæredygtigt landbrug.
SUPPLERENDE OPLYSNINGER
Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:
Studietype:
Eksperiment
Ekstern finansiering:
This work was supported by the Bill and Melinda Gates Foundation and the UK’s Foreign, Commonwealth and Development Office (FCDO) through the Engineering Nitrogen Symbiosis for Africa project (ENSA; OPP11772165), the Danish Council for Independent Research (9041-00236B), the Molecular Mechanisms and Dynamics of Plant-microbe interactions at the Root-Soil Interface project (InRoot), supported by the Novo Nordisk Foundation grant NNF19SA0059362. The China Scholarship Council supported K.T. and S.Z. for their Ph.D. study.
Interessekonflikt:
Ingen
Link til den videnskabelige artikel:
Nitrogen and Nod factor signaling determine Lotus japonicus root exudate composition and bacterial assembly
Ke Tao1,5, Ib T. Jensen1,6, Sha Zhang1, Eber Villa-Rodríguez1, Zuzana Blahovska1, Camilla Lind Salomonsen2, Anna Martyn1,7, Þuríður Nótt Björgvinsdóttir2, Simon Kelly1,8, Luc Janss3, Marianne Glasius2, Rasmus Waagepetersen4 & Simona Radutoiu1
1Department of Molecular Biology and Genetics, Aarhus University, Denmark.
2Department of Chemistry, Aarhus University, Denmark.
3Center for Quantitative Genetics and Genomics, Aarhus University, Denmark.
4Department of Mathematical Sciences, Aalborg University, Denmark.
5Present address: Department of Biology, University of Copenhagen, Denmark.
6Present address: Department of Mathematical Sciences, Aalborg University, Denmark.
7Present address: Department of Plant-Microbe Interactions, Max-Planck-Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Germany.
8Present address: Biotechnology, Lincoln Agritech, Canterbury, New Zealand.
Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-024-47752-0
Mere information
Simona Radutoiu
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
radutoiu@mbg.au.dk