Complementary approaches of in vitro, in silico and whole genome analyses confirm that in situ similis culturomic strategies uncover greater taxa diversity and PGP functions of tomato microbiota
Deze studie toont aan dat in situ similis culturomische strategieën, gecombineerd met in vitro, in silico en genoombrede analyses, er succesvol in slagen een diverse reeks nieuwe tomatenmicrobiota-isolaten te onthullen die multifunctionele plantengroeibevorderende eigenschappen en stressbestendigheid vertonen, waardoor veelbelovende kandidaten voor de ontwikkeling van synthetische gemeenschappen in de landbouw worden geïdentificeerd.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Planten leven niet alleen. Ze worden omringd door een enorme, onzichtbare wereld van bacteriën en schimmels die op hun bladeren leven, in hun wortels en zelfs in hun weefsels. Deze gemeenschap van microscopisch leven is niet slechts een passagier; het is een vitale partner. Sommige van deze microben fungeren als natuurlijke meststoffen, waarbij ze de plant helpen voedingsstoffen uit de bodem op te nemen, terwijl anderen hormonen produceren die groei stimuleren of schilden creëren tegen ziekten. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers beseft dat de gezondheid van onze voedselgewassen sterk afhangt van deze verborgen bondgenoten. Echter, een groot probleem heeft ons begrip in de weg gestaan: de meeste van deze nuttige microben weigeren te groeien in de standaard petrischaaltjes die in laboratoria worden gebruikt. Decennialang konden onderzoekers alleen de kleine fractie van bacteriën bestuderen die gemakkelijk te vangen waren, waardoor de overgrote meerderheid van de werkelijke microbiële partners van de plant in het duister bleef.
Om dit op te lossen, richtte een team van onderzoekers zich op een slimme nieuwe aanpak genaamd "in situ similis" cultivatie. In plaats van bacteriën te dwingen te groeien op kunstmatig, chemisch gesynthetiseerd voedsel, gebruikten de wetenschappers materialen die rechtstreeks van de planten zelf werden genomen. Ze creëerden kweekmedia met behulp van plantendiscjes en plantenbouillons, waarbij ze de microben in feite een menu aanboden dat leek op en smaakte naar hun natuurlijke thuis. Deze methode slaagde erin om veel voorheen koppige bacteriën tot groei te verleiden, wat een veel rijkere en diversere gemeenschap onthulde dan ooit tevoren. De onderzoekers richtten hun inspanningen op de tomatenplant, een gewas dat constante bedreigingen ervaart door zoute grond, droogte en extreme hitte. Ze wilden weten of deze nieuw ontdekte diversiteit aan bacteriën ook gepaard ging met een nieuw scala aan nuttige vermogens die de tomaten konden helpen overleven in barre omstandigheden.
Het team nam twintig verschillende bacteriële stammen die met behulp van deze op planten gebaseerde methoden waren geïsoleerd en onderwierp deze aan een reeks tests. Ze zochten naar specifieke eigenschappen die een microbe tot een goede partner voor een plant maken. Deze eigenschappen omvatten het vermogen om indol-3-azijnzuur te produceren, een natuurlijk hormoon dat planten helpt groeien; het vermogen om fosfor en kalium op te lossen, twee essentiële voedingsstoffen die vaak opgesloten zitten in de bodem; en de kracht om ammoniak vrij te geven, een vorm van stikstof die planten kunnen gebruiken. Ze testten ook hoe goed deze bacteriën konden overleven in zout water en in omgevingen waar water schaars was, wat de stress van een droogte simuleert.
De resultaten waren opmerkelijk. Van de twintig geteste bacteriën waren er veertien in staat om het groeihormoon te produceren, en dertien konden fosfor oplossen. Zes van hen waren bijzonder goed in het vrijmaken van kalium. Tien van de stammen konden ammoniak produceren. Wat betreende het overleven van stress, presteerden de bacteriën opmerkelijk goed. In tests met hoge zoutconcentraties bleven de meeste stammen groeien, waarbij sommige een uitzonderlijke veerkracht vertoonden in een medium op basis van zeewater. Op dezelfde manier, wanneer water schaars werd gemaakt met een stof die droogte nabootst, behielden veel van de bacteriën een sterke groei. De onderzoekers ontdekten dat de bacteriën die in de plantenwortels en op de bladeren leven vaak verschillende sterktes vertonen, maar een speciale groep stammen viel op door bijna al deze gunstige eigenschappen tegelijkertijd te bezitten. Dit omvatte bacteriën uit de genera Modestobacter, Flavobacterium, Dyadobacter en Variovorax, die zich als krachtige kandidaten bleken voor het helpen van gewassen om te gedijen in moeilijke omgevingen.
Om deze bevindingen op een dieper niveau te begrijpen, bestudeerden de wetenschappers de genetische blauwdrukken van de bacteriën. Ze vergeleken de genen van hun nieuwe isolaten met die van bekende bacteriën in openbare databases. Deze genetische mijnbouw bevestigde dat de bacteriën de instructies bezaten voor alle nuttige functies die ze in het laboratorium hadden waargenomen, zoals het maken van hormonen en het omgaan met stress. Eén isolaat, een bacterie genaamd Pseudomonas RC25-4, trok de aandacht van het team omdat het iets geheel nieuws leek te zijn. Hoewel het onder een microscoop leek op een bekend type Pseudomonas, was de genetische code verschillend genoeg om te suggereren dat het een soort zou kunnen zijn die nog nooit eerder was gezien.
De onderzoekers sequenceten het volledige genoom van deze unieke Pseudomonas-stam om te zien wat het bijzonder maakte. Ze ontdekten dat, hoewel de bacterie enkele van de typische nutriëntenverzamelende genen verloren had die men vindt bij in de bodem levende bacteriën, het unieke genetische instrumenten had verkregen voor het leven binnen de plant. Deze omvatten genen die de bacteriën helpen om zich aan plantcellen te hechten, beschermende films te vormen en het eigen immuunsysteem van de plant te weerstaan. Het bevat ook genen waarmee het kan overleven in zware metalen en andere toxines. Dit suggereert dat deze bacterie specifiek is geëvolueerd om als een verborgen bewoner binnen de tomatenplant te leven, in plaats van alleen in de grond rondom de plant te leven. De studie concludeert dat wetenschappers, door gebruik te maken van op planten gebaseerde kweekmethoden, een verborgen wereld van microbiële diversiteit kunnen ontsluiten. Deze nieuw gevonden bacteriën, met hun veelzijdige vermogens om groei te bevorderen en stress te weerstaan, bieden een veelbelovend pad vooruit voor de ontwikkeling van duurzame landbouwoplossingen, met name voor het verbouwen van groenten in kassen of in gebieden waar de bodem zout of droog is.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.