Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Фитобиомы» перенаправляются сюда. Для журнала см. Фитобиомы (журнал) .

Phytobiome это термин , который относится к установке (фито) в конкретной экологической зоне ( биоценоз ). Она включает в себя сам завод, окружающую среду и все микро- и макро - организмов , живущих в, на или вокруг завода. Эти организмы включают бактерии , археи , грибы , простейшие , насекомых , животных и другие растения . Окружающая среда включает почву , воздух и климат . Примеры экологических зон - поля, пастбища , леса .[1] Знание взаимодействий внутри фитобиома может быть использовано для создания инструментов для сельского хозяйства, управления растениеводством , [2] улучшения здоровья, сохранения, продуктивности и устойчивости земледельческих и лесных систем. [3] [4]

Сигнализация [ править ]

Среда внутри фитобиома

Разнообразие [ править ]

Сообщество микробов в фитобиоме, возможно, является одним из самых богатых и разнообразных микробиомов на Земле. Растения образуют ассоциации с миллиардами организмов во всех царствах жизни. Недавние метагеномные и метатранскриптомические подходы позволили ученым открыть новые таксономические виды, которые нелегко культивировать в лаборатории.

Бактерии [ править ]

Недавние исследования показали, что межкорпоративная коммуникация между организмами важна для правильного функционирования фитобиома. [5] Существует множество физических и химических сигналов, таких как секретируемые липиды, пептиды и полисахариды, которые позволяют организмам распознавать и взаимодействовать внутри фитобиома. Известно, что бактерии продуцируют молекулы, чувствительные к кворуму , такие как лактоны гомосерина (HSL), липидоподобные диффундирующие факторы и сигнальные пептиды, которые опосредуют взаимодействия растений с бактериями, такие как колонизация. [5] HSL, как сообщается, вырабатываются большим количеством бактерий, обнаруженных в ризосфере . [6] Бактерии, способствующие росту растений (PGPB), часто производят Nod-факторы.(факторы клубеньков), которые инициируют образование клубеньков у растений. [5] Помимо взаимодействия растений и бактерий, бактерии часто выделяют бактерицидные или фунгицидные соединения в фитобиом, чтобы уменьшить местную конкуренцию за ниши и ресурсы. [5] Кроме того, организмы, которые питаются бактериями, такими как некоторые виды водорослей и простейшие, привлекаются этими небольшими сигнальными молекулами. [5]

Фаги [ править ]

Бактериофаги также играют важную роль в фитобиоме через взаимодействия хищник-жертва . Бактериофаги используют сигнальные пептиды, такие как арбитриум, для инициации клеточного лизиса и лизогении в клетке-хозяине. [7]

Грибы [ править ]

Грибы общаются в фитобиоме посредством передачи химических сигналов, чтобы способствовать половому размножению, споруляции , межклеточному распознаванию и антибиозу ; однако только часть этих химических веществ была изучена на предмет их функции. [5] Микоризные грибы устанавливают симбиотические отношения с растениями за счет выработки факторов Myc или хитоолигосахаридов, которые распознаются рецепторами растений. [8] Грибы-ловушки нематод часто используют сигнальные молекулы грибов, чтобы инициировать морфогенез по направлению к добыче. [5] Другие организмы могут мешать передаче сигналов грибами, например, оксилипины растительного происхождения.которые имитируют сигнальные молекулы грибов и могут регулировать развитие грибов или снижать вирулентность . [5] Сообщалось, что многочисленные виды бактерий, насекомых и нематод реагируют на сигнальные соединения грибов. [8]

Нематоды [ править ]

О коммуникации нематод в фитобиоме известно очень мало. Патогенные растениям нематоды часто общаются посредством производства феромонов. [5] Растения могут обнаруживать эти соединения и вызывать защитные пути. [5] Нематоды также производят гормоны растений, такие как цитокинины, которые помогают в установлении связи с растениями. [5]

Протисты [ править ]

Возможно, еще меньше известно об экологической роли протистов и вирусов в фитобиоме. Некоторые виды амеб используют циклические нуклеотиды или пептидные сигналы для адаптации социального поведения. [5] Фитогормоны, вырабатываемые бактериями, связанными с водорослями, могут сильно влиять на популяции микроводорослей в почве. [5] Присутствие амебы также может вызвать у бактерии P. fluorescens выработку антиамебных токсинов. [9]

Насекомые [ править ]

Насекомые общаются, чтобы передавать информацию о внешних угрозах, социальном статусе, доступности пищи и спаривании посредством производства летучих феромонов , также известных как семиохимические вещества . [5] Это сделало феромоны предметом исследования с 1950-х годов для различных применений в сельском хозяйстве и болезнях, переносимых насекомыми, таких как малярия . [5] Растения могут оказывать сильное влияние на выработку феромонов насекомыми. Растения-погремушки производят различные алкалоидные соединения, которые насекомые используют в качестве предшественников для синтеза половых феромонов. [5]Многие виды растений вырабатывают летучие химические вещества, которые мешают передаче сигналов феромона, часто за счет подавления правильной функции обонятельных нейронов . [5] Бактерии и грибки также могут производить летучие химические вещества, влияющие на поведение насекомых. [10]

Растения [ править ]

Присутствие растений и их общение с другими членами сообщества в корне формируют фитобиом. Экссудаты корней содержат множество сахаров, аминокислот, полисахаридов и вторичных метаболитов . [5] Производство этих экссудатов в значительной степени зависит от факторов окружающей среды и физиологии растений и может изменить состав сообщества ризосферы и ризопланы . [5] Секреция флавоноидов помогает рекрутировать бактерии Rhizobia, которые образуют мутуалистический симбиоз с многочисленными видами растений. [5] Ризобии также могут распознавать другие растительные соединения, такие как бетаины,альдоновые кислоты и жасмоновая кислота . [8] Эти сигнальные молекулы могут иметь множественные или даже противодействующие эффекты. Например, кутины растений запускают колонизацию и симбиоз арбускулярной микоризы, но также могут распознаваться патогенными растениями оомицетами и запускать патогенез . [11] Летучие химические вещества растений также привлекают травоядных животных, опылителей и семеноводов.

Когда растения распознают присутствие микробов, они часто активируют выработку сигналов фитогормонов, которые переносятся по всему растению. Растения реагируют на болезнетворные микроорганизмы и травоядных животных путем выработки гормонов, включая салициловую кислоту , жасмоновую кислоту и этилен . [12] Кроме того, многие фитогормоны, которые действуют в отношении устойчивости к абиотическому стрессу или роста растений, также вызывают реакцию микробного сообщества. Было показано, что производство салициловой кислоты в Arabidopsis влияет на состав микробиома корня , действуя как сигнал или источник углерода. [13] Секреция стриголактона.Известно, что он стимулирует прорастание спор и производство фактора Myc у арбускулярных микоризных грибов. [5]

Сообщество микробов также может управлять функцией фитогормонов или производством определенных фитогормонов в растениях.

Исследование [ править ]

В 2015 году Американское фитопатологическое общество (APS) запустило исследовательскую программу Phytobiomes Initiative, чтобы облегчить организацию исследований фитобиома. [14] В рамках этих усилий в 2016 году был запущен журнал Phytobiomes Journal с открытым доступом . Журнал посвящен трансдисциплинарным исследованиям, влияющим на всю экосистему растений. [15] Общая стратегия исследования была опубликована в «Дорожной карте фитобиомов», документе, разработанном группой научных обществ, компаний, исследовательских институтов и правительственных агентств. Он предназначен для представления стратегического плана изучения фитобиомов и предложения плана действий по применению исследований фитобиома. [16] [17]Связанный Альянс Фитобиомов - это международный некоммерческий консорциум академических институтов, крупных и малых компаний и правительственных агентств, координирующий государственно-частные исследовательские проекты по различным аспектам фитобиомов, имеющих отношение к сельскому хозяйству. [18]

См. Также [ править ]

  • Биология почвы

Ссылки [ править ]

  1. ^ «О фитобиомах» . Альянс фитобиомов .
  2. ^ Beans C (август 2017 г.). «Основная концепция: исследование фитобиома для развития сельского хозяйства» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (34): 8900–8902. DOI : 10.1073 / pnas.1710176114 . PMC 5576833 . PMID 28831027 .  
  3. ^ «Изучение взаимосвязанных сообществ растений, микробов и других организмов в сельском хозяйстве может открыть преимущества для производителей и потребителей» . Государственный университет Айовы - Служба новостей . 4 марта 2016 . Проверено 20 июня 2017 года .
  4. ↑ Hart J (7 ноября 2016 г.). «Можно ли больше узнать о почвенных микробах, чтобы повысить урожайность?» . Юго-Восточный ФармПресс .
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u Leach JE, Triplett LR, Argueso CT, Tvedi P (май 2017 г.). «Коммуникация в фитобиоме» . Cell . 169 (4): 587–596. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.04.025 . PMID 28475891 . 
  6. ^ Шефер А.Л., Лаппала CR, Морлен Р.П., Пеллетье Д.А., Лу Т.Ю., Ланкфорд ПК и др. (Сентябрь 2013). «Цепи кворума LuxR- и luxI-типа преобладают у представителей микробиома Populus deltoides» . Прикладная и экологическая микробиология . 79 (18): 5745–52. DOI : 10,1128 / AEM.01417-13 . PMC 3754149 . PMID 23851092 .  
  7. ↑ Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, Doron S, Stokar-Avihail A, Peleg Y, et al. (Январь 2017 г.). «Связь между вирусами определяет решения о лизисе-лизогении» . Природа . 541 (7638): 488–493. Bibcode : 2017Natur.541..488E . DOI : 10,1038 / природа21049 . PMC 5378303 . PMID 28099413 .  
  8. ^ a b c Смит Д.Л., Прашликова Д., Илангумаран Г. (2015). «Межорганизационная сигнализация и управление фитомикробиомом» . Границы растениеводства . 6 : 722. DOI : 10.3389 / fpls.2015.00722 . PMC 4568390 . PMID 26442036 .  
  9. ^ Jousset A, Роша L, Scheu S, M Бонковски, Киль C (август 2010). «Химическая война хищник-жертва определяет экспрессию генов биоконтроля ассоциированной с ризосферой Pseudomonas fluorescens» . Прикладная и экологическая микробиология . 76 (15): 5263–8. DOI : 10,1128 / AEM.02941-09 . PMC 2916451 . PMID 20525866 .  
  10. ^ Davis TS, Crippen TL, Hofstetter RW, Tomberlin JK (июль 2013). «Выбросы летучих микробов в качестве полухимикатов насекомых». Журнал химической экологии . 39 (7): 840–59. DOI : 10.1007 / s10886-013-0306-Z . PMID 23793954 . S2CID 4307691 .  
  11. ^ Ван Э., Шорнак С., Марш Дж. Ф., Гоббато Э, Швессингер Б., Истмонд П. и др. (Декабрь 2012 г.). «Общий сигнальный процесс, который способствует колонизации растений микоризой и оомицетами» . Текущая биология . 22 (23): 2242–6. DOI : 10.1016 / j.cub.2012.09.043 . PMID 23122843 . 
  12. ^ Pieterse CM, Ван дер Does D, Zamioudis C, Leon-Рейес A, Ван Wees SC (2012-10-11). «Гормональная модуляция иммунитета растений» . Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 28 (1): 489–521. DOI : 10,1146 / annurev-cellbio-092910-154055 . hdl : 1874/274421 . PMID 22559264 . S2CID 18180536 .  
  13. ^ Lebeis SL, Paredes SH, Lundberg DS, Breakfield N, Gehring J, McDonald M и др. (Август 2015 г.). «МИКРОБИОМ РАСТЕНИЙ. Салициловая кислота модулирует колонизацию микробиома корня специфическими таксонами бактерий» . Наука . 349 (6250): 860–4. DOI : 10.1126 / science.aaa8764 . PMID 26184915 . 
  14. ^ Ледфорд H (июль 2015). «Обитатели растений получают лечение большой науки» . Природа . 523 (7559): 137–8. Bibcode : 2015Natur.523..137L . DOI : 10.1038 / 523137a . PMID 26156352 . 
  15. ^ «Фитобиомы - Трансдисциплинарный журнал открытого доступа по устойчивой продуктивности растений» . Журналы APS . Проверено 20 июня 2017 года .
  16. ^ "Дорожная карта фитобиомов" (PDF) . www.phytobiomes.org . Дата обращения 3 июня 2017 .
  17. ^ «Дорожная карта, запущенная для исследования фитобиомов» . Seedworld.com . 2016-02-26.
  18. ^ / "Альянс фитобиомов - Дом" Проверить значение ( помощь ) . Альянс фитобиомов . Проверено 20 июня 2017 года .|url=

Внешние ссылки [ править ]

  • «Фитобиомы» . phytobiomes.org . 2018-06-21 . Проверено 21 июня 2018 .