Welkom bij
Moderne landbouw
!
Vervolgens met ons Thanksgiving-thema, hier is hoe planten wat voeding oogsten voor hun eigen avondeten. Met dank aan het Max Planck Institute for Plant Breeding Research voor hun werk aan dit artikel.
In de natuur worden gezonde planten overspoeld met bacteriën en andere microben, meestal afkomstig van de grond waarin ze groeien. Deze gemeenschap van microben, de plantenmicrobiota , is essentieel voor een optimale plantengroei en beschermt planten tegen de schadelijke effecten van ziekteverwekkende micro-organismen en insecten. Men denkt ook dat de microbiota van de plantenwortel de plantprestaties verbetert wanneer de nutriëntenniveaus laag zijn, maar concrete voorbeelden van dergelijke gunstige interacties blijven schaars.
IJzer is een van de belangrijkste micronutriënten voor plantengroei en productiviteit. Hoewel overvloedig aanwezig in de meeste bodems, beperkt de slechte beschikbaarheid van ijzer vaak de groei van planten, omdat het wordt aangetroffen in vormen die niet door planten kunnen worden opgenomen. Voor voldoende gewasopbrengsten is dus vaak het gebruik van chemische meststoffen nodig, die bij overmatige toepassing ecologisch schadelijk kunnen zijn. Nu hebben MPIPZ-onderzoekers onder leiding van Paul Schulze-Lefert een nieuwe strategie ontdekt die door planten wordt gebruikt om dit probleem op te lossen:ze geven stoffen af van hun wortels die plant-geassocieerde bacteriën aansturen om bodemijzer te mobiliseren zodat planten gemakkelijk kunnen pak het op.
Wanneer ze worden geconfronteerd met ijzer in niet-beschikbare vormen, zetten planten een compenserende reactie op om ijzertekort te voorkomen. Deze uithongeringsreactie omvat uitgebreide herprogrammering van genexpressie en de productie en afscheiding van coumarines, aromatische verbindingen die worden afgevoerd uit plantenwortels en die zelf de ijzeroplosbaarheid kunnen verbeteren. Interessant is dat onlangs is aangetoond dat coumarines een selectieve kracht zijn, die de samenstelling van plant-geassocieerde bacteriegemeenschappen bepaalt. Nu blijkt dat sommige coumarines ook fungeren als een "SOS ” signaal dat de wortelmicrobiota ertoe aanzet om ijzervoeding van planten te ondersteunen.
Om eerst de bijdrage van de wortelmicrobiota aan de ijzerbeperkende plantprestaties te beoordelen, gebruikten Christopher Harbort en collega's een gecontroleerd systeem waarmee ze zowel de beschikbaarheid van ijzer als de aanwezigheid van wortelgeassocieerde bacteriën konden reguleren. Met behulp van het laboratoriummodel zandraket vergeleken ze planten zonder bacteriën en planten met een toegevoegde synthetische gemeenschap (SynCom) van bacteriële commensalen die de wortelbacteriediversiteit weerspiegelt die in de natuur wordt waargenomen. De auteurs ontdekten dat toevoeging van deze bacteriële SynCom de prestaties van planten die werden gekweekt op niet-beschikbaar ijzer sterk verbeterde, maar niet die gekweekt met ijzer dat direct beschikbaar was. Door planten te laten groeien in combinatie met enkele bacteriestammen, konden ze vaststellen dat dit ijzer-reddingsvermogen wijdverspreid is onder bacteriën uit verschillende bacteriële afstammingslijnen van de wortelmicrobiota. Toen de onderzoekers dezelfde experimenten uitvoerden met planten die beperkt waren in hun vermogen om coumarines te produceren of uit te scheiden, bood de gemeenschap van bacteriën geen voordelen. Zo konden ze aantonen dat door planten uitgescheiden coumarines verantwoordelijk zijn voor het opwekken van voedingshulp van bacteriële commensalen onder ijzerbeperking.
De bevindingen van de auteurs suggereren sterk dat de wortelmicrobiota een integraal onderdeel is van hoe planten zich aanpassen aan groei in ijzerbeperkende grond. Door het plant-naar-microbe-signaal voor hulp te identificeren, brengt dit onderzoek ons bovendien een stap dichter bij het benutten van van nature aanwezige bodembacteriën als vervanging voor synthetische meststoffen. Het verbeteren van de ijzervoeding van planten kan niet alleen de landbouwopbrengsten verbeteren, maar ook het nutriëntengehalte van basisvoedselgewassen verhogen, een mogelijke strategie om ijzertekort bij mensen aan te pakken.
Meer lezen: Door de wortels uitgescheiden coumarines en de microbiota werken samen om de ijzervoeding in Arabidopsis te verbeteren
Harbort, C. J., Hashimoto, M., Inoue, H., Niu, Y., Guan, R., Rombolà, A. D., Kopriva, S., Voges, M. J. E. E. E., Sattely, E. S., Garrido-Oter, R ., Schulze-Lefert, P .
