Микробные сдвиги при болезни цитрусовых указывают на новые стратегии защиты
Пока человечество борется с пандемией COVID-19, индустрия цитрусовых пытается справиться с собственным разрушительным заболеванием — хлоротичной курчавостью листьев (Huanglongbing, HLB), также известной как позеленение цитрусовых. Это самое опасное заболевание цитрусовых в мире. За последнее десятилетие болезнь уничтожила индустрию цитрусовых во Флориде, сократив производство апельсинов для сока на 72%. Болезнь ассоциирована с бактерией Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas), которая обитает во флоэме дерева и передаётся насекомыми.
В настоящее время единственный способ защиты урожая для фермеров — контроль насекомого-переносчика. Понимание роли микробиома растения — новое перспективное направление в борьбе с болезнями растений.
Исследовательская группа под руководством доктора Кэролайн Роупер и первого автора доктора Никол Гиннан из Калифорнийского университета в Риверсайде изучила роль микробиома в прогрессировании HLB. Их статья в Phytobiomes Journal вышла за рамки типичного для микробиомных исследований «одного снимка» микробного сообщества.
Подход и методы:
- Холистический подход: изучение взаимодействий растение–микробы на протяжении трёх лет.
- Три типа тканей: корни, стебли и листья.
- Секвенирование ампликонов (16S и ITS): для анализа динамических изменений бактериального и грибного микробиома в ходе развития болезни.
Ключевые результаты:
- Сдвиг микробиома: HLB вызывает болезнь-индуцированный сдвиг в микробиоме дерева.
- Рост разнообразия: по мере прогрессирования болезни микробное разнообразие увеличивается.
- Изменение состава: рост разнообразия связан с увеличением доли предполагаемых патогенных и сапротрофных (питающихся мёртвой тканью) микроорганизмов.
- Снижение полезных микробов: на ранних стадиях болезни наблюдается значительное сокращение полезных микробов. В частности, резко снизилась относительная численность арбускулярных микоризных грибов (AMF).
Гипотеза исследователей:
- Истощение ключевых видов микробов в начале болезни может открывать двери для вторжения других микроорганизмов.
- Исследователи предполагают, что на старте HLB это истощение запускает всплеск полезных микробов, которые пытаются помочь дереву, возможно, инициируя иммунный ответ.
Прогрессирование болезни:
- В сильно поражённых корнях обнаруживается обогащение паразитическими и сапротрофными микроорганизмами. Это может способствовать прогрессированию болезни и упадку корней — одному из последствий HLB.
«Деревья-выжившие»:
- Деревья, которые не перешли в тяжёлую стадию болезни, имели уникальный микробный профиль.
- Они были обогащены предполагаемыми симбиотическими микробами, такими как Lactobacillus sp. и Aureobasidium sp..
- Это позволило идентифицировать микробы, ассоциированные с замедленным прогрессированием болезни.
«Момент озарения» наступил во время анализа данных, когда дифференциальный анализ обилия выявил чёткие, повторяющиеся паттерны обогащения, что позволило разработать более широкую модель болезни.
Перспективы:
Это исследование закладывает основу для будущей работы. Учёные мотивированы потенциальной возможностью использовать функции микробиома для управления болезнями сельскохозяйственных культур. В будущем эти открытия могут помочь создать план лечения, опосредованный микробиомом, для защиты урожаев от таких болезней, как HLB. Разработанная модель также может быть применена для понимания болезней других древесных культур.