Rośliny komunikują się z bakteriami, żeby użyźnić glebę
W toku ewolucji rośliny nauczyły się wykorzystywać bakterie do wydobywania z gleby wartości odżywczych. Rośliny rozpoznają środowisko i jeżeli uznają to za potrzebne – wydzielają floawonidy, które zachęcają bakterie do przetwarzania węgla i azotu. Na zainfekowanych korzeniach rosną azotowe guzki, które stają się dla roślin pokarmem.
Zespół badaczy z Rice University (Teksas, USA) odkrył mechanizm, za pomocą którego rośliny nauczyły się zapewniać sobie wartości odżywcze tam, gdzie gleba nie jest w nie wystarczająco dobrze zaopatrzona. Jednym z pierwiastków, bez których większość roślin nie była by w stanie przetrwać, jest azot. Dlatego gleby bogate w azot są tak atrakcyjne dla roślin.
Okazuje się jednak, że kiedy go brakuje, rośliny także potrafią sobie poradzić, stosując dopracowany w toku ewolucji zabieg, w którym zachęcają bakterie do produkcji pożądanego składnika odżywczego. Grupa młodych badaczy pracujących w programie Systems, Synthetic and Physical Biology opisała ten proces krok po kroku w czasopiśmie „Science Adances”.
Zespół we współpracy z biologami z Cornell University badał, jaka jest rola flawonoidów we współistnieniu roślin i mikroorganizmów. Analizy pokazały – ku zaskoczeniu badawczy – że nadmiar rozpuszczonego w glebie węgla powoduje zatrzymanie wytwarzania flawonoidów i przekazywania ich do gleby, gdzie odebrać je mają bakterie.
– To niesamowity przykład ewolucji – opowiada dr Caroline Masiello, biochemiczna pracująca w Rice University i współautorka publikacji – rośliny zmieniają tu i tam kilka grup zbudowanych z tlenu i wodoru we flawonoidy i to pozwala im wykorzystać warunki gleby do kontroli tego, co robią dla nich bakterie.
Jak pokazały badania, poziom organicznego węgla w glebie może ograniczyć sygnały flawonoidowe nawet o 98 procent. Równocześnie jeden z eksperymentów wykazał, że przerwanie sygnału między roślinami strączkowymi a bakteriami obecnymi w glebie gwałtownie przerwało też produkcję azotowych guzków.
Rośliny wykorzystują flawonoidy w mechanizmach obronnych przeciwko czynnikom chorobotwórczym, które atakują ich korzenie. Flawonoidy okazują się też sygnałami, które rośliny przekazują mikroorganizmom i innym roślinom, z którymi konkurują o te same substancje spożywcze. Zrozumienie tego, jak obecność węgla w glebie zmienia sygnały, które rośliny wysyłają do bakterii, może się okazać bardzo cenne dla rolników, leśników czy ogrodników. Jeżeli nauczymy się kontrolować ten proces, to tym samym będziemy w stanie wzmacniać glebę i bilansować jej niedobory.
Badania źródłowe: "Soil organic matter attenuates the efficacy of flavonoid-based plant-microbe communication" Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aax8254 , https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaax8254
Opracowano na podstawie artykułu “Scientists learn how plants manipulate their soil environment to assure a cheap, steady supply of nutrients” opublikowanego na portalu phys.org.
