Geny prosa ovlivňují složení mikrobiomu

19. 03. 2025 Doc. Dr. Ing. Jaroslav Salava, Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu, v.v.i., Praha-Ruzyně Technologie pěstování Zobrazeno 499x

Rostliny poskytují domov pro širokou škálu mikrobů, zejména v jejich kořenech. Na druhé straně mohou tato společenstva poskytnout hostiteli důležité výhody. Je známo, že mikroby asociované s kořeny zvyšují produktivitu a fitness hostitelských rostlin prostřednictvím zvýšení dostupnosti živin, ovlivňováním růstových a vývojových drah rostlin a působením proti kolonizaci patogeny. Studie publikovaná v časopise Current Biology zkoumala, jak genotyp hostitelských rostlin určuje složení bakteriálních společenstev spojených s kořeny rostlin.

Rostliny při provádění životně důležitých funkcí spoléhají na své mikrobiomy. Vědci se snaží šlechtit odrůdy rostlin, aby zvýšili prospěšné spojení s bakteriemi. Mají však omezené znalosti o tom, do jaké míry ovlivňuje genotyp hostitele složení mikrobiomu. Studie identifikovala základní sadu bakteriálních kmenů, které kolonizují kořeny prosa. Množství mnohých z těchto bakterií se liší mezi genotypy rostlin. Studie poté zmapovala geny v genomu hostitelských rostlin, které pravděpodobně ovlivňují množství těchto mikrobů. Toto mapování odhalilo, že geny zapojené do imunity hostitele, vývoje rostlin a hormonální signalizace hrají roli v tom, jak rostliny získávají svůj mikrobiom (mikrobiální společenství obývající určité prostředí nebo soubor genů všech mikroorganizmů přítomných v určitém prostředí). Tyto výsledky mohou pomoci vytvořit nebo vyšlechtit odrůdy plodin, které tvoří silnější prospěšné asociace s jejich mikrobiomem.

Proso prutnaté (Panicum virgatum) je planá vytrvalá C4 prérijní tráva pocházející ze Severní Ameriky a díky svému potenciálu výnosu biomasy je pěstována v marginálních půdách na biopaliva. Biologické vlastnosti a ekonomický význam z něj udělaly oblíbený model pro zkoumání složení mikrobioty spojené s kořeny.

Mikrobiota (mikroorganizmy obývající nějaké definované prostředí) spojená s rostlinami může významně přispět k růstu a výnosu rostlin. Jak genetická rozdílnost hostitele ovlivňuje systém kořen-mikrobiom, je otevřenou otázkou. V této studii použili vědci běžný pokusnický přístup s polními lokalitami v Texasu, Missouri a Michiganu, aby odhalili složení kořenového mikrobiomu prosa, charakterizovali vliv prostředí a genotypu hostitele na složení kořenového mikrobiomu a identifikovali domnělé lokusy v genomu hostitele ovlivňující rozdílné složení mikrobiomu. Tým zahrnoval vědce z University of Texas v Austinu, HudsonAlpha Institute for Biotechnology, Joint Genome Institute v Lawrence Berkeley National Laboratory, University of Missouri a Michigan State University.

Prostřednictvím sekvenování DNA v Joint Genome Institute vědci zjistili, že složení kořenové mikrobioty prosa je do značné míry závislé na lokalitě. Přesto existuje soubor základních bakterií, které se nacházejí ve velkém množství na kořenech napříč lokalitami. Množství většiny těchto základních mikrobů se liší mezi hostitelskými genotypy v závislosti na lokalitě. Nakonec vědci použili celogenomovou asociační studii (genome wide association study, GWAS) k identifikaci lokusů v hostitelském genomu spojených s rozdílným množstvím těchto mikrobů.

S rozdíly ve složení mikrobiomu byla spojena variabilita genů zapojených do rostlinné imunity, vývoje a signalizace. Tyto výsledky poskytují hlubší pochopení mechanizmů, které rostliny používají k úpravě své mikrobioty, a poskytují cestu pro šlechtění hostitelských rostlin s cílem přizpůsobit jejich mikrobiom.

Proso prutnaté

Rostlinný mikrobiom

Rostlinné mikrobiomy

Zdroj:
Edwards J., Saran B., Bonnette J., et al. (2023): Genetic determinants of switchgrass-root-associated microbiota in field sites spanning its natural range. Current Biology. doi: 10.1016/j.cub.2023.03.078