Ризобиальная миграция к корням, опосредованная FadL

Nov 19, 2023

Журнал ISME, том 17, страницы 417–431 (2023 г.) Процитировать эту статью

2136 Доступов

1 Цитаты

14 Альтметрика

Подробности о метриках

Миграция из ризосферы в ризоплану является ключевым процессом отбора в сборке корневого микробиома, но до конца не изучена. Члены Rhizobiales чрезмерно представлены в основном корневом микробиоме наземных растений, и здесь мы сообщаем о полногеномном транспозонном секвенировании генов приспособленности ризопланы полезных Sinorhizobium fredii на дикой сое, культивируемой сое, рисе и кукурузе. Было немного генов, участвующих в колонизации ризопланов широкого круга хозяев. Мутант fadL, лишенный переносчика жирных кислот, демонстрировал высокие скорости колонизации, в то время как мутации в exoFQP (кодирующих мембранные белки, управляющие полимеризацией и секрецией экзополисахаридов), но не мутации в экзогенах, необходимых для биосинтеза экзополисахаридов, приводили к серьезному нарушению скорости колонизации. Эта вариация не могла быть объяснена их выживаемостью в ризосфере и ризоплане и связанным с этим образованием биопленок и экзополисахаридов, но согласовывалась с их способностью к миграции в сторону ризопланы и связанной с ней поверхностной подвижностью и смесью AHL, чувствительных к кворуму (N-ацилированные-L-гомосериновые лактоны). . Данные генетики и физиологии позволяют предположить, что FadL опосредует поглощение длинноцепочечных АГЛ, в то время как ExoF опосредует секрецию короткоцепочечных АГЛ, что отрицательно влияет на биосинтез длинноцепочечных АГЛ. Мутанты fadL и exoF имели повышенные и истощенные внеклеточные длинноцепочечные AHL соответственно. Синтетическая смесь длинноцепочечных AHL, имитирующая смесь мутанта fadL, может улучшить подвижность поверхности ризобий. Когда эта смесь АГЛ была обнаружена в ризосфере, миграция к корням и колонизация ризопланы S. fredii усиливались диффузионным путем. Эта работа добавляет новые детали, управляющие внеклеточными АГЛ, которые модулируют миграцию бактерий к ризоплане. Система FadL-ExoFQP консервативна в Alphaproteobacteria и может формировать «домашнюю жизнь» различных ключевых ризобактерий.

Несмотря на постоянно расширяющийся каталог видов прокариот [1], лишь немногие таксоны широко распространены в почвах во всем мире [2]. Характеристики почвы играют более важную роль, чем генотипы растений, в определении состава корнеассоциированных бактериальных сообществ [3, 4]. В этом контексте многие исследования дополнительно выявили подмножество членов сообщества, которые воспроизводимо связаны с видами растений в различных географических точках и в разных условиях, таких как рис [5], цитрусовые [6], сахарный тростник [7] и разнообразные бобовые. виды [8]. Имеющиеся данные подтверждают создание многоэтапной модели сборки корневого микробиома, последовательно от основной массы почвы к ризосфере, ризоплане и эндосфере, в которой ризоплана является воротами отбора [5, 9]. Этот многоэтапный паттерн был подробно описан, но лежащие в его основе взаимодействия генов и окружающей среды, определяющие распределение и численность ризобактерий в различных нишах (основная часть почвы, ризосфера и ризоплана), остаются в значительной степени неизученными [10,11,12]. Этот пробел в знаниях препятствует окончательному эволюционному объяснению «домашней жизни» ризобактерий в этих экологических нишах [12].

Полногеномная идентификация генов приспособленности ризопланы модельных ризобактерий была значительно ускорена с помощью анализа Tn-seq в контролируемых условиях [13,14,15,16,17,18]. Однако функциональные характеристики этих генов приспособленности на разных этапах колонизации не рассматривались в этих высокопроизводительных исследованиях. Текущая модель многоступенчатой ​​колонизации включает хемотаксис по направлению к корням, прикрепление и последующее образование многоклеточной биопленки на ризоплане, что подтверждается совокупными данными обратной генетики различных ризобактерий [19]. Предполагается, что химические градиенты корневых экссудатов служат решающими условиями (например, сигнальной функцией) и ресурсами (питательной ценностью), которые дифференциально взаимодействуют с подвижными бактериями, формируя процесс миграции в сторону корневой ниши [20, 21]. Лиганды, непосредственно распознаваемые бактериальными хеморецепторами, по большей части неизвестны [22], хотя хемоэффекторная функция была предложена для органических кислот, углеводов, сахарных спиртов, аминокислот и растительных гормонов [23]. При прикреплении ризопланы, опосредованном разнообразными бактериальными адгезинами [24], подвижные бактерии постепенно переходят в сидячие формы, после чего происходит рост и созревание встроенных в матрикс бактериальных сообществ (экзополисахаридов (ЭПС), эДНК, эРНК, белков, липидов и других биомолекулы), т.е. многоклеточная биопленка [25]. Биопленка является «домом» для множества клеток одного и того же или разных видов, которые общаются друг с другом посредством высококонсервативных сигналов, чувствительных к кворуму, N-ацил-гомосерин-лактонов (AHL) [26]. Напротив, остается неясным, в какой степени зависящий от плотности процесс определения кворума участвует в миграции к корневой нише [19, 27, 28]. Это важно для понимания и разработки сборки корневого микробиома [29, 30].