Ha a növények és mikrobáik nincsenek szinkronban, az eredmények katasztrofálisak lehetnek

Ha a növények és mikrobáik nincsenek szinkronban, az eredmények katasztrofálisak lehetnek
Egészséges vad típusú Arabidopsis növény (balra) és egy mutáns növény, amely mikroba egyensúlyhiányban szenved (jobbra).
Sheng-Yang He, CC BY-SA

Sokan hallottunk róla gyulladásos bélbetegség, egy gyengítő állapot, amely az emberi bél rendellenes mikrobagyűjtésével jár - úgynevezett bélmikrobiom. Laborom nemrégiben azt tapasztalták, hogy az emberekhez hasonlóan a növények is súlyos következményekkel képesek kifejleszteni ezt a diszbiózis néven ismert állapotot.

Ennek része ez a tanulmány, kollégáimmal felfedeztük, hogy a növények dysbiosisának szabályozásában szerepet játszó egyes gének és folyamatok hasonlóak lehetnek az emberekéivel. A dysbiosis felfedezése a növényvilágban új lehetőségeket nyit meg a növényegészségügy és a globális élelmezésbiztonság terén az innováció ösztönzésére.

Növényi mikrobiológus vagyok érdekli, hogy a növények és a mikrobák hogyan hatnak egymással. Bár a múltban végzett kutatásaink középpontjában az állt a patogén fertőzések molekuláris részletei, ez a munka laboratóriumomat a növényi mikrobiom lenyűgöző világába vezette.

Van-e a növényeknek mikrobiómája?

Amikor a tudósok azt mondják, hogy az emberi „bélbaktériumoknak” kiegyensúlyozottnak kell lenniük, az emberi emésztőrendszerben élő összes mikroba genetikai anyagára vagy a bél mikrobiomjára utalnak. Van-e a növényeknek mikrobiómája is? A válasz igen.


 Szerezd meg a legújabb e-mailben

Heti magazin Napi inspiráció

Valójában a növény földfelszínen növekvő részei, az úgynevezett filoszféra, és azok a részek, amelyek lent nőnek, az úgynevezett rizoszféra, biztosítják a Föld egyik legnagyobb élőhelyét a mikrobák kolonizációjához. Mindkettő létfontosságú az emberi élet számára a Földön.

A filoszféra szén-dioxidot vesz fel a fotoszintézishez, amely a biomassza felépítéséhez szükséges, és amely az élelmiszer, üzemanyagok, rostok és gyógyszerek elsődleges forrása. A fotoszintézis oxigént bocsát ki az állatok és az emberek számára a légzés céljából, ezért a növényeket gyakran bolygónk tüdejének tekintik. A rizoszféra viszont felveszi a talajból a vizet és a tápanyagokat.

Számos tanulmány kimutatták, hogy a növényi mikrobák segítik a növényeket a tápanyagok kivonásában a talajból és az aszály, kórokozók, rovarok és egyéb stresszek kezelésében.

Ökológiai vizsgálatok azt is megjegyezték, hogy minél nagyobb a növényi leveleken élő mikrobák változatossága, annál produktívabbnak tűnnek a növények.

Ma a legtöbb növénytudós úgy véli, hogy a növények termelékenységének és élelmezésbiztonságának biztosítására irányuló globális stratégiáknak figyelembe kell venniük a növények mikrobiomját. Az ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezete úgy becsüli az étkezési növények 40% -a évente elvesznek a növényi kártevők és betegségek miatt, és az ENSZ Közgyűlése 2020-at a növény-egészségügy nemzetközi évének nyilvánította.

Néhány mikroba a levelekhez és a hajtásokhoz kapcsolódik, míg a gyökerek között egy másik különálló csoport él.Néhány mikroba a levelekhez és a hajtásokhoz kapcsolódik, míg a gyökerek között egy másik különálló csoport él. Sheng-Yang He, CC BY-SA

Hogyan tartják a növények egészségesnek a mikrobiotát?

Tekintettel a mikrobiota - a növényeken vagy azok közelében élő mikrobák sajátos közösségének - jelentőségére a növények egészsége szempontjából, úgy gondoltuk, hogy a növényeknek kifinomult genetikai hálózatot kellett kifejleszteniük a mikrobák megfelelő keverékének kiválasztásához.

Ha ez igaz, akkor annak ismerete, hogy mely növényi gének befolyásolják a növényt körülölelő mikrobatípusokat, a jövőbeni kutatásokat irányíthatja a növényi mikrobiomák optimalizálására, hogy ezáltal a növények jobban, erősebben növekedhessenek, valamint több biomasszát és hozamot termeljenek.

Valójában az én csoportom azonosított néhány ilyen „mikrobiotát kontrolláló” gént a modellüzemben Arabidopsis thaliana.

Megállapítottuk, hogy több gén részt vesz a növények immunitásában és a vízháztartásban kritikus fontosságú az egészséges mikrobiota kiválasztásában és fenntartásában Arabidopsis növényi levelek.

Amikor eltávolítottuk ezeket az azonosított géneket a növényekből, a Arabidopsis a növényi mutánsok nem tudták befogadni a mikrobák megfelelő keverékét, és a dysbiosis tüneteit mutatták ki, beleértve az elhalt vagy sárguló leveleket. Tudomásunk szerint ez volt az először dokumentálták a dysbiosis negatív hatásait a növényvilágban.

[Meg kell értenie a koronavírus-járványt, és mi segíthetünk. Olvassa el a beszélgetés hírlevelét.]

A „beteg” növények érdekes tulajdonságai

Kollégáimmal és mutánsunkon figyelemre méltó dysbiosis jellegzetességeket figyeltünk meg Arabidopsis növények.

Először is, a dysbiosis mutánsokban általában abnormálisan magas mikrobák élnek a levelek belsejében.

Levél egy egészséges Arabidopsis növényből (balra) és egy levél dysbiosis mutáns növényből (jobbra). (amikor a növények és mikrobáik nincsenek szinkronban, az eredmények katasztrofálisak lehetnek)Levele egészséges Arabidopsis növényből (balra) és levél dysbiosis mutáns növényből (jobbra). Sheng-Yang He, CC BY-SA

Másodszor, drasztikus változás következik be a mikrobák sokféleségében. Például normális körülmények között Arabidopsis növényi levelek, a levélben mindenféle baktérium él. Ezzel szemben a baktériumok általános sokfélesége nagymértékben csökken a diszbiotikus mutánsokban, ami arra utal, hogy az egészséges növények elősegítik a mikrobiális sokféleséget, feltehetően azért, hogy növeljék a növények egészségének előnyeit.

Harmadszor, míg a törzshöz tartozó baktériumok Fermicutes vadon belül bővelkednek Arabidopsis levelek, a bőség jelentősen csökken genetikai mutánsainkban. Ezenkívül a káros baktériumok számának drámai növekedését tapasztaltuk a dysbiosis mutáns levelein belül. Érdekesnek tartjuk, hogy ezek közül a mikrobiotában bekövetkező változások némelyike ​​megfigyelhető gyulladásos bélbetegségben szenvedő betegeknél is, ami fogalmi párhuzamokra utal az emberekben és a növényekben a dysbiosis kialakulásában.

Mi a következő lépés?

Izgatottan várjuk a dysbiosis megelőzésében szerepet játszó számos növényi gén és folyamat azonosítását. A mikrobiotát kontrolláló gének, amelyekben azonosítottuk Arabidopsis sok más növény genomjában találhatók, ami arra utal, hogy eredményeink széles körben alkalmazhatók.

A jövőben kísérletezhetünk ezen gazda gének megváltoztatásával, ami mikrobiota alapú megközelítésekhez vezethet, amelyek javítják a növények egészségét. Például génszerkesztő technológiákat lehet használni a növényi levelekben egészséges biom létrehozására a specifikus gének expressziójának fokozása révén. A szintetikus egészséges mikrobióm probiotikumként formulázható a növényekben a dysbiosis megelőzésére, akárcsak A probiotikumok megígérték, hogy javítják az emberi bél mikrobiom egészségét.

Megjegyzendő, hogy a személy immunrendszerével kapcsolatos gének mutációi jól ismertek a gyulladásos bélbetegség kialakulásának kockázati tényezője emberekben. Talán a jövőbeni kutatások több közös jellemzőt fognak találni abban, hogy a növények és az emberek miként lépnek kapcsolatba saját mikrobiájukkal a betegségek megelőzése érdekében.

A növényekben, például az Arabidopsisban végzett genetikai vizsgálatok egyszerűsége azt a lehetőséget is kínálja, hogy a kutatók több gént képesek azonosítani az emberek és a növények mikrobiota egészségének megőrzésében.

A beszélgetés

A szerzőről

Sheng-Yang He, egyetemi jeles professzor, HHMI-nyomozó, Michigan Állami Egyetem

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

books_gardening

Még szintén kedvelheted

ELÉRHETŐ NYELVEK

Angol Afrikaans arab Egyszerűsített kínai) Hagyományos kínai) dán holland filippínó finn francia német görög héber hindi magyar indonéz olasz japán koreai maláj norvég perzsa lengyel portugál román orosz spanyol szuahéli svéd thai török ukrán urdu vietnami

kövesse az InnerSelf oldalt

facebook ikonratwitter ikonrayoutube ikonrainstagram ikonrapintrest ikonrarss ikonra

 Szerezd meg a legújabb e-mailben

Heti magazin Napi inspiráció

Új hozzáállás - új lehetőségek

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf piac
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf kiadványok. Minden jog fenntartva.