Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl
Forskning

Opdagelse af bakteriers tilpasning til rødderne af deres favorit plantevært kan hjælpe med at forbedre bæredygtig plantevækst

Et forskerhold fra Danmark og Tyskland har opdaget, at bakterier som lever i planterødder er tilpasset deres værtsarter, hvilket giver dem konkurrencefordele, når de skal invadere eksisterende bakteriesamfund i deres oprindelige vært. Denne opdagelse kan vise, hvordan man identificerer og forbedrer bakterieblandinger som vækstfremmere (traditionelt kaldet podestoffer) for landbrugsplanter på en bæredygtig måde.

Almindelig gåsemad (Arabidopisis thaliana) (til venstre) og japansk kællingetand (Lotus japonicus) (til højre). Foto: Kathrin Wippel.

Planter, herunder afgrøder som ris, hvede og sojabønner, lever sammen med forskellige mikrober fra den omgivende jord. Mange af disse mikrober er neutrale for planterne, mens andre er skadelig eller gavnlige. Disse mikrober samles i strukturerede samlinger kendt som rodmikrobiota, hvor ukendte interaktioner mellem dem og med værten etableres, og disse er afgørende for planternes endelige vækst.

Indtil videre har forskere fundet ud af, at rodmikrobiota kan fremme plantevækst, forkorte blomstringstiden og bidrage til planters modstandsdygtighed overfor (a)biotiske belastninger. Derfor har individuelle mikrober været brugt som podestoffer på marken i årevis til at fremme planternes vækst, men med variable resultater. Derfor håber forskerne, at man ved at forstå disse komplekse interaktioner, og tilføre mikrobiota som en samling af bakterier, vil kunne få en mere bæredygtig effekt. Hvad gør for eksempel en bakterie til et pålidelig podestof? Kan gavnlige mikrober isoleret fra f.eks. sojabønne bruges til hvede, og vil det gavnlige træk ved disse bakterier stadig eksistere i dette nye rodmiljø? Ville en allerede etableret mikrobiota i planten påvirke effekten af de udefra kommende mikrober?

For at besvare nogen af disse støre spørgsmål undersøgte et internationalt forskerhold fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet og Max Planck Institute for Plant Breeding Research i Køln, om rodbakterier er forskellige i deres evne til at kolonisere rødder fra forskellige plantearter, og om værtspræference bidrager til invasionen af en allerede ??etableret rodmikrobiota i en kendt henholdsvis ny værtsplante.

Værtens forkærlighed for rodbakterier

Almindelig gåsemad (Arabidopisis thaliana) og japansk kællingetand (Lotus japonicus) blev valgt som modelplanter til at undersøge værtspræferencer. Til dette var der brug for levende bakteriestammer, og der blev derfor etableret en omfattende bakteriekultursamling fra rødder fra kællingetand. Sammen med en tidligere etableret tilsvarende kultursamling af rødder fra gåsemad blev syntetiske samlinger (SynCom), der kombinerede bakterier fra begge planter, designet og brugt til podning på mikrobefri kællingetand og gåsemad.

Interessant nok blev bakterier oprindeligt isoleret fra kællingetand genfundet i større mængde i rødder fra kællingetand, mens dem isoleret fra gåsemad blev genfundet i større mængde i gåsemad. Dette bekræftede, at disse rodbakterier fortrinsvis koloniserer deres egen vært.

Dernæst undersøgte forskerne, om værtspræference har en betydning, når planter allerede har en etableret mikrobiota. Til dette udførte forfatterne en række komplekse eksperimenter, hvor SynComs fra de to arter fik lov til at invadere allerede etablerede rodmikrobiota i de to værtsplanter. Deres resultater – der er offentliggjort i det videnskabelig tidsskrift Nature Microbiology – viste, at bakterier havde en konkurrencemæssig fordel, når de invaderede en allerede etableret mikrobiota i deres oprindelige værtsplante, men ikke i en ny vært.

Ke Tao, der er førsteforfatter på artiklen, udtaler: "Dette var en spændende og berigende videnskabelig rejse sammen med vores kolleger fra MPI Köln". Og Simona Radutoiu, der er leder af projektet i Danmark fortsætter: ”Dette meget lovende og inspirerende arbejde vil holde os travlt beskæftiget de næste par år. At identificere hvilke plante- og bakteriegener, der bidrager til værtspræferencer, vil sætte os i stand til at konstruere og udforske nyttige podestoffer til brug i bæredygtigt landbrug.”

Forskningen er udført som et samarbejde mellem forskere fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet og Max Planck Institute for Plant Breeding Research i Køln.


Supplerende oplysninger

Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universitetersprincipper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:

Studietype: Eksperiment

Samarbejdspartnere:

Department of Plant-Microbe Interactions, Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Germany, Cluster of Excellence on Plant Sciences, Düsseldorf, Germany.

Finansiering:

This research was funded by the Max Planck Society and Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Germany’s Excellence Strategy, EXC-Nummer 2048/1, project no. 390686111 and the ‘2125 DECRyPT’ Priority Programme through P.S.-L. and R.G.-O. K.T. was funded by the Chinese Scholarship Council. The Novo Nordisk programme InRoot, grant no. NNF19SA0059362, funded K.T. and S.R.

Interessekonflikter: Ingen

Link til den videnskabelige artikel in Nature Microbiology:

Host preference and invasiveness of commensal bacteria in the Lotus and Arabidopsis root microbiota

Kathrin Wippel, Ke Tao, Yulong Niu, Rafal Zgadzaj, Niklas Kiel, Rui Guan, Eik Dahms, Pengfan Zhang, Dorthe B. Jensen, Elke Logemann, Simona Radutoiu, Paul Schulze-Lefert and Ruben Garrido-Oter

DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-021-00941-9

Kontakt:

Simona Radutoiu
Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
radutoiu@mbg.au.dk – Telefon: 87155498