Фитобиом
Фитобиом биоме состоит из растения (фито), расположенного в определенной экологической зоне ( ) , включая окружающую среду и связанные с сообщества организмов ней населяющих его . К этим организмам относятся все макро- и микроорганизмы, живущие внутри, на растении или вокруг него, включая бактерии , археи , грибы , простейшие , насекомые , животных и другие растения . Окружающая среда включает в себя почву , воздух и климат . Примерами экологических зон являются поля, пастбища , леса . [1] Знания о взаимодействиях внутри фитобиома могут быть использованы для создания инструментов для сельского хозяйства, управления растениеводством , [2] улучшение здоровья, сохранности, продуктивности и устойчивости земледелия и лесных систем. [3] [4]
Сигнализация
[ редактировать ]
Разнообразие
[ редактировать ]Микробное сообщество фитобиома, возможно, является одним из самых богатых и разнообразных микробиомов на Земле. Растения образуют ассоциации с миллиардами организмов во всех сферах жизни. Недавние метагеномные и метатранскриптомные подходы позволили ученым открыть новые таксономические виды, которые нелегко культивировать в лаборатории.
Бактерии
[ редактировать ]Недавние исследования показали, что межцарственная связь между организмами необходима для правильного функционирования фитобиома. [5] Существует множество физических и химических сигналов, таких как секретируемые липиды, пептиды и полисахариды, которые позволяют организмам распознавать фитобиом и взаимодействовать с ним. Известно, что бактерии продуцируют молекулы, чувствительные к кворуму, такие как лактоны гомосерина, липидоподобные диффузионные факторы и сигнальные пептиды , которые опосредуют взаимодействия растений и бактерий, такие как колонизация. [5] Сообщается, что гомосериновые лактоны производятся большим количеством бактерий, обитающих в ризосфере . [6] Бактерии, стимулирующие рост растений (PGPB), часто продуцируют факторы Nod (факторы клубеньков), которые инициируют образование клубеньков у растений. [5] Помимо растительно-бактериального взаимодействия, бактерии часто выделяют бактерицидные или фунгицидные соединения, чтобы уменьшить местную конкуренцию за ниши и ресурсы. в фитобиом [5] Кроме того, эти небольшие сигнальные молекулы привлекают организмы, питающиеся бактериями, например некоторые виды водорослей и простейших. [5]
Фаги
[ редактировать ]Бактериофаги также играют решающую роль в фитобиоме посредством взаимодействия хищник-жертва . Бактериофаги используют сигнальные пептиды, такие как арбитий, для опосредования инициации лизиса клеток и лизогении в клетке-хозяине. [7]
Грибы
[ редактировать ]Грибы взаимодействуют в фитобиоме посредством химической передачи сигналов, помогая половому размножению, споруляции , межклеточному распознаванию и антибиозу ; однако только часть этих химических веществ была изучена на предмет их функции. [5] Микоризные грибы устанавливают симбиотические отношения с растениями посредством производства факторов Myc или хитоолигосахаридов, которые распознаются рецепторами растения. [8] Грибы-ловушки нематод часто используют грибковые сигнальные молекулы для инициации морфогенеза по отношению к добыче. [5] Другие организмы могут вмешиваться в передачу сигналов грибов, например, оксилипины растительного происхождения , которые имитируют сигнальные молекулы грибов и могут регулировать развитие грибов или снижать вирулентность . [5] Сообщается, что множество видов бактерий, насекомых и нематод реагируют на грибковые сигнальные соединения. [8]
Нематоды
[ редактировать ]О коммуникации нематод внутри фитобиома известно очень мало. Фитопатогенные нематоды часто общаются посредством производства феромонов. [5] Растения могут обнаруживать эти соединения и индуцировать защитные механизмы. [5] Нематоды также производят растительные гормоны , такие как цитокинины , которые помогают установить связь с растениями. [5]
Протисты
[ редактировать ]Возможно, еще меньше известно об экологической роли протистов и вирусов в фитобиоме. Некоторые амеб виды используют циклические нуклеотиды или пептидные сигналы для адаптации социального поведения. [5] Фитогормоны , вырабатываемые бактериями, связанными с водорослями, могут сильно влиять на популяции микроводорослей в почве. [5] Присутствие амебы также может заставить бактерию P. fluorescens вырабатывать антиамебные токсины. [9]
Насекомые
[ редактировать ]Насекомые общаются для передачи информации о внешних угрозах, социальном статусе, наличии пищи и спаривании посредством производства летучих феромонов , также известных как семиохимические вещества . [5] Это сделало феромоны предметом исследований с 1950-х годов для различных применений в сельском хозяйстве и борьбы с болезнями, передающимися насекомыми, такими как малярия . [5] Растения могут оказывать глубокое влияние на выработку феромонов насекомыми. Растения погремушки производят различные алкалоидные соединения, которые насекомые используют в качестве предшественника для синтеза половых феромонов. [5] Многие виды растений развили выработку летучих химических веществ, которые мешают передаче сигналов феромонов, часто за счет ингибирования правильной функции обонятельных нейронов . [5] Бактерии и грибы также могут производить летучие химические вещества, влияющие на поведение насекомых. [10]
Растения
[ редактировать ]Присутствие растений и их общение с другими членами сообщества фундаментально формируют фитобиом. Корневые экссудаты содержат многочисленные сахара, аминокислоты, полисахариды и вторичные метаболиты . [5] На продукцию этих экссудатов сильно влияют факторы окружающей среды и физиология растений, и они могут изменить состав сообщества ризосферы и ризопланы . [5] Секреция флавоноидов помогает привлечь бактерии Rhizobia , которые образуют мутуалистический симбиоз с многочисленными видами растений. [5] Ризобии также могут распознавать другие растительные соединения, такие как бетаины, альдоновые кислоты и жасмоновая кислота . [8] Эти сигнальные молекулы могут иметь множественные или даже противодействующие эффекты. Например, кутины растений вызывают арбускулярную микоризную колонизацию и симбиоз, но также могут распознаваться фитопатогенными оомицетами и запускать патогенез . [11] Летучие химические вещества растений также привлекают травоядных животных, опылителей и носителей семян.
Когда растения распознают присутствие микробов, они часто активируют выработку сигналов фитогормонов, которые передаются по всему растению. Растения реагируют на патогены и травоядных животных путем выработки гормонов, включая салициловую кислоту , жасмоновую кислоту и этилен . [12] Кроме того, многие фитогормоны, которые участвуют в устойчивости к абиотическому стрессу или в росте растений, также вызывают реакцию микробного сообщества. Было показано, что производство салициловой кислоты в арабидопсисе влияет на состав корневого микробиома , действуя в качестве сигнала или источника углерода. [13] секреция стриголактона стимулирует прорастание спор и продукцию фактора Myc у арбускулярных микоризных грибов. Известно, что [5]
Микробное сообщество также может манипулировать функцией фитогормонов или выработкой специфических фитогормонов в растениях.
Исследовать
[ редактировать ]В 2015 году Американское фитопатологическое общество (APS) запустило исследовательскую программу «Инициатива фитобиомов», чтобы облегчить организацию исследований фитобиомов. [14] В рамках этих усилий в 2016 году был запущен журнал Phytobiomes Journal с открытым доступом . Журнал фокусируется на трансдисциплинарных исследованиях, которые влияют на всю растительную экосистему. [15] Общая стратегия исследований была опубликована в «Дорожной карте фитобиомов», документе, разработанном группой научных обществ, компаний, исследовательских институтов и правительственных учреждений. Целью проекта является представление стратегического плана по изучению фитобиомов и предложение плана действий по применению исследований фитобиомов. [16] [17] Объединенный альянс фитобиомов — это международный некоммерческий консорциум академических учреждений, крупных и малых компаний, а также правительственных учреждений, координирующий государственно-частные исследовательские проекты по различным аспектам фитобиомов, имеющих значение для сельского хозяйства. [18]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «О фитобиомах» . Альянс Фитобиомов . Архивировано из оригинала 31 июля 2017 г. Проверено 5 июня 2017 г.
- ^ Бобы C (август 2017 г.). «Основная концепция: исследование фитобиома для развития сельского хозяйства» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (34): 8900–8902. дои : 10.1073/pnas.1710176114 . ПМЦ 5576833 . ПМИД 28831027 .
- ^ «Изучение взаимосвязанных сообществ растений, микробов и других организмов в сельском хозяйстве может принести пользу производителям и потребителям» . Университет штата Айова — Служба новостей . 4 марта 2016 г. Проверено 20 июня 2017 г.
- ^ Харт Дж. (7 ноября 2016 г.). «Могут ли знания о почвенных микробах быть использованы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур?» . Юго-Восточная ФармПресс .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в Лич Дж. Э., Триплетт Л. Р., Аргесо К. Т., Триведи П. (май 2017 г.). «Коммуникация в фитобиоме» . Клетка . 169 (4): 587–596. дои : 10.1016/j.cell.2017.04.025 . ПМИД 28475891 .
- ^ Шефер А.Л., Лаппала Ч.Р., Морлен Р.П., Пеллетье Д.А., Лу Т.Я., Ланкфорд П.К. и др. (сентябрь 2013 г.). «Схемы кворума типа LuxR и luxI преобладают у членов микробиома Populus deltoides» . Прикладная и экологическая микробиология . 79 (18): 5745–52. Бибкод : 2013ApEnM..79.5745S . дои : 10.1128/АЕМ.01417-13 . ПМЦ 3754149 . ПМИД 23851092 .
- ^ Эрез З., Стейнбергер-Леви И., Шамир М., Дорон С., Стокар-Авихайль А., Пелег Ю. и др. (январь 2017 г.). «Коммуникация между вирусами определяет решения по лизису-лизогении» . Природа . 541 (7638): 488–493. Бибкод : 2017Natur.541..488E . дои : 10.1038/nature21049 . ПМЦ 5378303 . ПМИД 28099413 .
- ^ Jump up to: а б с Смит Д.Л., Прасличкова Д., Илангумаран Г. (2015). «Межорганизменная передача сигналов и управление фитомикробиомом» . Границы в науке о растениях . 6 : 722. doi : 10.3389/fpls.2015.00722 . ПМК 4568390 . ПМИД 26442036 .
- ^ Жуссе А., Роша Л., Шой С., Бонковски М., Кил С. (август 2010 г.). «Химическое оружие хищник-жертва определяет экспрессию генов биоконтроля с помощью Pseudomonas fluorescens, связанного с ризосферой» . Прикладная и экологическая микробиология . 76 (15): 5263–8. Бибкод : 2010ApEnM..76.5263J . дои : 10.1128/АЕМ.02941-09 . ПМК 2916451 . ПМИД 20525866 .
- ^ Дэвис Т.С., Криппен Т.Л., Хофстеттер Р.В., Томберлин Дж.К. (июль 2013 г.). «Микробные летучие выбросы как семиохимические вещества насекомых». Журнал химической экологии . 39 (7): 840–59. Бибкод : 2013JCEco..39..840D . дои : 10.1007/s10886-013-0306-z . ПМИД 23793954 . S2CID 4307691 .
- ^ Ван Э., Шорнак С., Марш Дж.Ф., Гоббато Э., Швессингер Б., Истмонд П. и др. (декабрь 2012 г.). «Общий сигнальный процесс, который способствует колонизации растений микоризами и оомицетами» . Современная биология . 22 (23): 2242–6. Бибкод : 2012CBio...22.2242W . дои : 10.1016/j.cub.2012.09.043 . ПМИД 23122843 .
- ^ Питерс СМ, Ван дер Дус Д, Замиудис С, Леон-Рейес А, Ван Вис СК (11 октября 2012 г.). «Гормональная модуляция иммунитета растений». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 28 (1): 489–521. doi : 10.1146/annurev-cellbio-092910-154055 . hdl : 1874/274421 . ПМИД 22559264 . S2CID 18180536 .
- ^ Лебейс С.Л., Паредес С.Х., Лундберг Д.С., Брейкфилд Н., Геринг Дж., Макдональд М. и др. (август 2015 г.). «МИКРОБИОМ РАСТЕНИЙ. Салициловая кислота модулирует колонизацию корневого микробиома специфическими бактериальными таксонами» . Наука . 349 (6250): 860–4. дои : 10.1126/science.aaa8764 . ПМИД 26184915 .
- ^ Ледфорд Х (июль 2015 г.). «Обитатели растений получают лечение большой науки» . Природа . 523 (7559): 137–8. Бибкод : 2015Natur.523..137L . дои : 10.1038/523137a . ПМИД 26156352 .
- ^ «Фитобиомы - трансдисциплинарный журнал открытого доступа по устойчивой продуктивности растений» . Журналы АПС . Проверено 20 июня 2017 г.
- ^ «Дорожная карта фитобиомов» (PDF) . www.phytobiomes.org . Проверено 3 июня 2017 г.
- ^ «Начата дорожная карта исследований фитобиомов» . Seedworld.com . 26 февраля 2016 г.
- ^ "Дом" . Международный Альянс Фитобиомов .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Фитобиомы» . phytobiomes.org . 21 июня 2018 г. Проверено 21 июня 2018 г.