Под землёй защитные механизмы растений работают не так, как над землёй – здесь им приходится различать, кому из бактерий разрешить жить на корнях, а кому нет.

Корни растений не просто погружены в почву – они находятся в окружении огромного числа самых разнообразных бактерий и других микроорганизмов. Их важность для растения трудно переоценить – почвенные микробы помогают усваивать питательные вещества и приспосабливаться к возможным неблагоприятным условиям, вроде засухи, закисления почвы и т. д. Но среди них могут быть и очень вредные экземпляры. То есть растению приходится решать ту же задачу, что и нашей пищеварительной системе: отделять полезных микробов от вредных, сотрудничать с первыми и избегать вторых.

Почвенные бактерии Acidobacterium. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)

Почвенная бактерия, живущая на поверхности корней Arabidopsis thaliana. (Фото Environmental Molecular Sciences Laboratory / Flickr.com.)

До сих пор мало что было известно о том, как растения решают эту задачу, поэтому работа Сары Лебейс (Sarah Lebeis) и её коллег из Университета Теннесси, Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Объединённого геномного института, опубликованная в Science, стала здесь большим шагом вперёд. У растений есть защитные механизмы, выполняющие роль иммунной системы и защищающие их от разных вредителей. В их состав входят сигнальные и атакующие вещества, такие, как салициловая кислота, жасмоновая кислота, этилен. Салициловая кислота служит одним из главных сигналов, оповещающих о вторжении инфекции: при появлении микробов на листьях и побегах она запускает целый спектр защитных реакций.

Ранее было замечено, что иммунные механизмы растений работают и под землёй, влияя на бактерий из групп Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. Причём влияние защитных фитогормонов было довольно сложным: например, и слишком большая, и слишком маленькая концентрация салициловой кислоты в растительных тканях снижала уровень бактерий из группы Actinobacteria.

В новой серии опытов исследователи отключали у подопытных растений Arabidopsis thaliana гены, отвечающие за синтез и распознавание тех или иных компонентов защитной системы. В результате прикорневая микрофлора радикальным образом менялась: растения как будто теряли контроль над микробным содружеством, и рядом с корнями обнаруживались такие группы бактерий, которых там никогда не видели. (На всякий случай подчеркнём, что речь идёт не о микоризе, не о тесном симбиозе грибов с корневой системой, и не о корневых клубеньках с азотфиксирующими бактериями, а о микробах, живущих вблизи или просто на поверхности корней. Хотя, очевидно, формирование микоризы и клубеньков тоже не обходится без согласования с растительными защитными системами.)

Сильнее всего такие изменение были выражены у мутантов, которые не могли синтезировать салициловую кислоту или чувствовать её сигнал, из чего авторы работы сделали вывод, что она является едва ли не самым важным химическим рычагом для управления прикорневой микрофлорой. Причём действие её «наверху» отличается от того, что она делает «внизу»: у корней салициловая кислота действует избирательно, создавая благоприятные условия для одних бактерий и не пуская сюда других. «Наверху» же, как было сказано, салициловый сигнал срабатывает в момент опасности, когда лист и побег должны быть срочно очищены от инфекции. Некоторые почвенные бактерии, приходящие «на запах» салициловой кислоты, могут использовать её в собственном обмене веществ, как источник углерода, но вообще  исследователям теперь предстоит огромная работа, прежде чем нам станет понятно, что за конкретные сигнальные реакции позволяют растению так искусно управлять прикорневой микрофлорой.

Всё это действительно очень похоже на наш кишечник с его симбиотическими бактериями: нашему иммунитету тоже приходится «отделять агнцев от козлищ», то есть выбирать, каких микробов оставить в покое, потому что без них вообще прожить будет трудно, а каких гнать в шею. Ну а практическое значение новых результатов понятно всем. В самом начале мы говорили о том, что почвенные бактерии всячески помогают растениям, а это значит, что, самостоятельно регулируя растительные химические сигналы, мы сможем оптимизировать прикорневую микрофлору культурных растений и тем самым добиться, например, большей урожайности.