fitobiom
Fitobiom składa się z rośliny (fito) znajdującej się na jej określonym obszarze ekologicznym ( biomie ), w tym jej środowiska i związanych z nią zbiorowisk organizmów , które ją zamieszkują. Organizmy te obejmują wszystkie makro- i mikroorganizmy żyjące w, na lub wokół rośliny, w tym bakterie , archeony , grzyby , protisty , owady , zwierzęta i inne rośliny . Środowisko obejmuje glebę , powietrze i klimat . Przykładami obszarów ekologicznych są pola, pastwiska , lasy . Znajomość interakcji w fitobiomie może być wykorzystana do tworzenia narzędzi dla rolnictwa, zarządzania uprawami , poprawy zdrowia, ochrony, produktywności i zrównoważonego rozwoju upraw i systemów leśnych.
Sygnalizacja
Różnorodność
Społeczność drobnoustrojów w fitobiomie jest prawdopodobnie jednym z najbogatszych i najbardziej zróżnicowanych mikrobiomów na Ziemi. Rośliny tworzą związki z miliardami organizmów w każdym królestwie życia. Najnowsze podejścia metagenomiczne i metatranskryptomiczne umożliwiły naukowcom odkrycie nowych gatunków taksonomicznych, które nie są łatwe do hodowli w laboratorium.
Bakteria
Ostatnie badania wykazały, że komunikacja między organizmami między królestwami jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania fitobiomu. Istnieje wiele sygnałów fizycznych i chemicznych, takich jak wydzielane lipidy, peptydy i polisacharydy, które umożliwiają organizmom rozpoznawanie fitobiomu i interakcję z nim. Wiadomo, że bakterie wytwarzają wykrywające kworum , takie jak laktony homoseryny, lipidopodobne czynniki dyfuzyjne i peptydy sygnałowe , które pośredniczą w interakcjach między roślinami a bakteriami, takich jak kolonizacja. Podobno laktony homoseryny są wytwarzane przez dużą liczbę bakterii występujących w ryzosferze . Bakterie promujące wzrost roślin (PGPB) często wytwarzają czynniki Nod (czynniki nodulacji), które inicjują powstawanie brodawek w roślinach. Oprócz interakcji roślina-bakteria, bakterie często wydzielają bakteriobójcze lub grzybobójcze do fitobiomu, aby zmniejszyć lokalną konkurencję o nisze i zasoby. Ponadto organizmy żywiące się bakteriami, takie jak niektóre gatunki glonów i protistów, są przyciągane przez te małe cząsteczki sygnałowe.
Fagi
Bakteriofagi odgrywają również kluczową rolę w fitobiomie poprzez interakcje drapieżnik-ofiara . Bakteriofagi wykorzystują peptydy sygnalizacyjne, takie jak arbitrium , do pośredniczenia w inicjacji lizy i lizogenezy komórek w komórce gospodarza.
Grzyby
Grzyby komunikują się w fitobiomie poprzez sygnalizację chemiczną, aby pomóc w rozmnażaniu płciowym, sporulacji , rozpoznawaniu między komórkami i antybiozie ; jednak tylko część tych chemikaliów została zbadana pod kątem ich funkcji. mikoryzowe nawiązują symbiotyczne relacje z roślinami poprzez produkcję czynników Myc, czyli chitooligosacharydów, które są rozpoznawane przez receptory w roślinie. Grzyby łapiące nicienie często wykorzystują grzybowe cząsteczki sygnałowe do inicjowania morfogenezy w kierunku ofiary. Inne organizmy mogą zakłócać sygnalizację grzybów, na przykład oksylipiny produkowane przez rośliny które naśladują molekuły sygnalizacyjne grzybów i mogą regulować rozwój grzybów lub zmniejszać zjadliwość . Doniesiono, że wiele gatunków bakterii, owadów i nicieni reaguje na grzybowe związki sygnałowe.
Nicienie
Niewiele wiadomo na temat komunikacji nicieni w obrębie fitobiomu. Nicienie chorobotwórcze dla roślin często komunikują się poprzez produkcję feromonów. Rośliny mogą wykrywać te związki i indukować szlaki obronne. Nicienie wytwarzają również hormony roślinne , takie jak cytokininy , które pomagają w tworzeniu skojarzeń z roślinami.
protisty
Być może jeszcze mniej wiadomo o ekologicznej roli protistów i wirusów w fitobiomie. Niektóre ameby wykorzystują cykliczne nukleotydy lub sygnały peptydowe do adaptacji zachowań społecznych. Fitohormony wytwarzane przez bakterie związane z algami mogą znacząco wpływać na populacje mikroalg w glebie. Obecność ameby może również powodować wytwarzanie przez bakterię P. fluorescens toksyn przeciwamebowych.
owady
Owady komunikują się w celu przekazywania informacji dotyczących zagrożeń zewnętrznych, statusu społecznego, dostępności pożywienia i łączenia się w pary poprzez produkcję lotnych feromonów , zwanych również substancjami semiochemicznymi . To sprawiło, że feromony są przedmiotem badań od lat pięćdziesiątych XX wieku do różnych zastosowań w rolnictwie i chorobach przenoszonych przez owady, takich jak malaria . Rośliny mogą mieć głęboki wpływ na produkcję feromonów owadów. Rośliny Rattlebox wytwarzają różne alkaloidy związki, które owady wykorzystują jako prekursor do syntezy feromonów płciowych. Wiele gatunków roślin wyewoluowało produkcję lotnych substancji chemicznych, które zakłócają sygnalizację feromonową, często poprzez hamowanie prawidłowej funkcji neuronów węchowych . Bakterie i grzyby mogą również wytwarzać lotne substancje chemiczne, które wpływają na zachowanie owadów.
Rośliny
Obecność roślin i ich komunikacja z innymi członkami społeczności zasadniczo kształtuje fitobiom. Wydzieliny z korzeni zawierają liczne cukry, aminokwasy, polisacharydy i metabolity wtórne . Produkcja tych wydzielin jest silnie uzależniona od czynników środowiskowych i fizjologii roślin i może zmieniać skład zbiorowisk ryzosfery i ryzoplanu . Wydzielanie flawonoidów pomaga rekrutować bakterie Rhizobia , które tworzą wzajemną symbiozę z wieloma gatunkami roślin. Ryzobia potrafi również rozpoznać inne związki roślinne, takie jak betainy, kwasy aldonowe i kwas jasmonowy . Te cząsteczki sygnałowe mogą mieć wiele lub nawet przeciwdziałać efektom. Na przykład kutyny roślinne wyzwalają mikoryzy arbuskularnej i symbiozę, ale mogą być również rozpoznawane przez lęgniowce chorobotwórcze dla roślin i wyzwalają patogenezę . Lotne chemikalia roślinne przyciągają również roślinożerców, zapylacze i nosicieli nasion.
Kiedy rośliny rozpoznają obecność drobnoustrojów, często aktywują produkcję sygnałów fitohormonów, które są transportowane w całej roślinie. Rośliny reagują na patogeny i roślinożerców poprzez produkcję hormonów, w tym kwasu salicylowego , kwasu jasmonowego i etylenu . Ponadto wiele fitohormonów, które działają w tolerancji na stres abiotyczny lub we wzroście roślin, również wywołuje reakcje społeczności drobnoustrojów. Wykazano, że produkcja kwasu salicylowego u Arabidopsis wpływa na mikrobiom korzenia skład, działając jako sygnał lub źródło węgla. Wiadomo, że wydzielanie strigolaktonu stymuluje kiełkowanie zarodników i wytwarzanie czynnika Myc w arbuskularnych grzybach mikoryzowych.
Społeczność drobnoustrojów może również manipulować funkcją fitohormonów lub produkcją określonych fitohormonów w roślinach.
Badania
W 2015 roku Amerykańskie Towarzystwo Fitopatologiczne (APS) uruchomiło ramy badawcze Phytobiomes Initiative, aby ułatwić organizację badań nad fitobiomem. W ramach tych wysiłków w 2016 r. uruchomiono ogólnodostępne czasopismo Phytobiomes Journal . Czasopismo koncentruje się na badaniach transdyscyplinarnych, które mają wpływ na cały ekosystem roślinny. Ogólna strategia badawcza została opublikowana w Phytobiomes Roadmap, dokumencie opracowanym przez grupę towarzystw naukowych, firm, instytutów badawczych i agencji rządowych. Ma on na celu przedstawienie strategicznego planu badania fitobiomów i zaproponowanie planu działania w celu zastosowania badań fitobiomów. Połączony Phytobiomes Alliance to międzynarodowe konsorcjum non-profit instytucji akademickich, dużych i małych firm oraz agencji rządowych koordynujących publiczno-prywatne projekty badawcze dotyczące różnych aspektów fitobiomów istotnych dla rolnictwa.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- „Fitobiomy” . phytobiomes.org . 2018-06-21 . Źródło 2018-06-21 .