Устойчивость дубов к засухе обусловлена микроорганизмами

Двухлетнее исследование показало, что во время засухи дубы незаметно изменяют состав своих микробиологических сообществ, привлекая полезные микроорганизмы для повышения жизнестойкости.

Дуб – величественное, долговечное дерево, которое добавляет естественной красоты и экологического здоровья лесным массивам. Эти древесные стражи также служат живыми свидетелями климатической и экологической истории. Одной из ключевых адаптаций, которую могут отслеживать исследователи, является микробиом деревьев, который имеет решающее значение для их жизнестойкости. Однако реакция микробиоты, связанной с деревьями, на такие стрессовые факторы, как засуха, дефицит питательных веществ, вредители и болезни, остается малоизученной, особенно в случае долговечных растений, таких как дубы. Это побудило Джеймса Макдональда, микробиолога из Бирмингемского университета, и его коллег отслеживать изменения в микробиоме в течение двух лет в различных условиях.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell Host & Microbe, ученые обнаружили, что дубы сохраняют относительно стабильные микробные сообщества с незначительными изменениями в ответ на воздействие засухи. Авторы наблюдали увеличение количества Actinobacteriota, которые ассоциируются с засухоустойчивостью, а также других родов бактерий и грибков, что позволяет предположить, что дубы могут привлекать полезные организмы в стрессовых условиях. Эти изменения могут помочь ученым идентифицировать дополнительные бактериальные биомаркеры по мере адаптации деревьев к изменению климата.

Сначала Макдональд и его коллеги охарактеризовали базовую микробиоту 144 дубов, взяв пробы листьев, внутренней коры и корневых тканей. Они наблюдали, что каждая область имела свой собственный микробиологический профиль. Затем исследователи создали экспериментальный лесной участок, чтобы манипулировать различными факторами окружающей среды: абиотическими стрессорами, включая засуху и ограничение питательных веществ, применяемыми по отдельности; и биотическими стрессорами, включая введение бактерий и личинок жуков, применяемыми в сочетании с абиотическими методами.

Для этого вокруг некоторых деревьев были установлены укрытия от дождя, чтобы имитировать засуху. В то же время исследователи обрубили кору вокруг другой группы деревьев, чтобы нарушить поток воды и питательных веществ. Наконец, ученые внесли бактерии и личинки жуков, вызывающих острую заболеваемость дубов, на часть деревьев из каждой группы. Исследователи выдвинули гипотезу, что микробиологические сообщества будут изменяться в 40-летних деревьях в ответ на эти экологические проблемы.

Исследователи брали образцы в разные моменты времени в течение двух лет и использовали секвенирование ДНК для оценки изменений микробиома в листьях, стеблях и корнях. «Масштаб нашего исследования довольно уникален, потому что мы смогли изучить большое количество деревьев в одной и той же области, где одинаковые почва, количество солнечного света, ветер и т. д., и манипулировать их условиями, чтобы наложить на них различные типы экологического стресса», — рассказал Макдональд.

Вопреки ожиданиям, как надземные, так и подземные микробные сообщества оставались в основном стабильными на протяжении всего эксперимента. Только длительная засуха к незначительным изменениям в микробиоме корней, включая увеличение количества связанных с засухой Actinobacteriota и других бактериальных и грибковых таксонов. Это тонкое микробное изменение может служить биомаркером засухи, поднимая вопрос о других микробных маркерах, возникающих в условиях стресса.

Основываясь на этих результатах, исследователи планируют изучить молекулярные механизмы, лежащие в основе устойчивости, обусловленной микробами, и расширить свою работу на более старые деревья в разных местах. Макдональд дополнил: «Мы должны начать думать о том, как изменения климата и возмущения окружающей среды могут повлиять не только на тяжесть заболеваний, но и на биогеохимические циклы, а также на роль, которую деревья играют в поглощении углерода».