I en tvärvetenskaplig studie har forskare upptäckt att symbiotiska bakterier kommunicerar med baljväxter genom specifika molekyler och att denna kommunikation påverkar vilka bakterier som växer nära växtrötterna. Fynden ger insikter i hur växter och jordbakterier bildar fördelaktiga partnerskap för näringsupptag och motståndskraft. Dessa resultat är ett steg mot att förstå hur kommunikation mellan växter och jordbakterier kan leda till specifika fördelaktiga associationer som förser växter med näringsämnen.
Resultaten i Nature Communications finner att symbiotiska, kvävefixerande bakterier kan säkerställa dominans bland markmikrober på grund av deras signalbaserade kommunikation med baljväxtvärden. Forskare upptäckte att när baljväxter behöver kväve kommer de att skicka ut från rötterna och in i marken specifika molekyler som i sin tur känns igen av de symbiotiska bakterierna för att producera en annan molekyl, Nod-faktorn, som känns igen ömsesidigt av baljväxten.
När detta ömsesidiga erkännande är etablerat kommer växten att modifiera panelen av rotutsöndrade molekyler och på så sätt påverka jorden i vilken bakterier kan växa i närheten av sina rötter.
Växter som baljväxter har ett speciellt förhållande till vissa bakterier i jorden. Dessa bakterier hjälper växterna att växa i jord som inte har mycket kväve genom att omvandla kväve från luften till en användbar form. Beroende på vilket kväve som finns tillgängligt i jorden kan baljväxter vara i olika tillstånd:sakna kväve, i samarbete med bakterierna eller använda kväve från oorganiska källor som nitrat.
Symbiosen med kvävefixerande bakterier har tidigare visat sig påverka resten av mikroorganismer som lever runt växtrötterna. Det är dock inte alltid klart hur detta partnerskap påverkar andra mikrober, och om det beror på hur mycket kväve växten har.
I den nya studien fann teamet att bakteriesamhällena runt rötterna och i den omgivande jorden skiljer sig åt beroende på och har förutsägande kraft för växtens kvävestatus. Dessutom fann man att signalutbyte mellan baljväxter och dess symbiont spelar en avgörande roll för att modulera profilen för rotutsöndrade molekyler, vilket påverkar sammansättningen av en symbiotisk rotmikrobiom.
Resultaten ger värdefulla insikter i det komplexa samspelet mellan kvävenäring, Nod-faktorsignalering och rotmikrobiommontering. Resultaten understryker vikten av symbios och kväve näring för att forma växt-bakterier interaktioner, erbjuder potentiella tillämpningar inom jordbruk och hållbar växttillväxt.
Detta är ett tydligt exempel på tvärvetenskaplig forskning, där olika typer av expertis inom kemi från Aarhus Universitets docent Dr Marianne Glasius för att analysera rotutsöndringar, i matematik från Prof Dr Rasmus Waagepetersen för att utveckla prediktiva modeller, och inom växtgenetik och mikrobiom från Prof. Dr. Simona Radutoiu har möjliggjort komplexa orsaksstudier av rotassocierade bakteriesamhällen.
Genom att integrera dessa olika områden kunde forskarna svara på nyckelfrågor om hur kvävenäring och symbios påverkar interaktioner mellan växter och bakterier, vilket ger värdefulla insikter om hållbart jordbruk.
Mer information: Ke Tao et al, Nitrogen and Nod factor signaling bestämmer Lotus japonicus rotexsudatsammansättning och bakteriesammansättning, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47752-0
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Aarhus Universitet
