Για πάνω από 100 χρόνια ήταν γνωστό ότι τα φυτά επηρεάζουν τους μικροοργανισμούς γύρω από τις ρίζες τους. Αυτό που δεν ήταν γνωστό ήταν ότι τα φυτά ταΐζουν τα μικρόβια που θέλουν.
Τα φυτά αναπτύσσονται διαμορφώνοντας το μικροβίωμα του ριζικού τους συστήματος. Πετυχαίνουν κάτι τέτοιο παράγοντας συγκεκριμένους μεταβολίτες που ευνοούν την ανάπτυξη συγκεκριμένων μικροβίων ώστε να έχουν και εκείνα καλύτερη αποθήκευση και παραγωγικότητα.
Τα μικρόβια του εδάφους βελτιώνουν την ικανότητα των φυτών να απορροφούν θρεπτικά συστατικά και να αντιστέκονται στην ξηρασία, τις ασθένειες και τα παράσιτα. Μεσολαβούν στη μετατροπή του άνθρακα στο έδαφος, επηρεάζοντας την ποσότητα του άνθρακα που αποθηκεύεται στο έδαφος ή που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως διοξείδιο του άνθρακα. Μόλις 1gr χώματος έχει δεκάδες χιλιάδες είδη μικροβίων.
Το πείραμα
Στη συγκεκριμένη μελέτη εξέτασαν τη ριζόσφαιρα του αγριόχορτου Avena barbata, κοινό στα μεσογειακά οικοσυστήματα και στην Καλιφόρνια από όπου πάρθηκαν δείγματα. Καλλιέργησαν εκατοντάδες είδη βακτηρίων σε εξειδικευμένα θρεπτικά μέσα και ανέλυσαν αυτά που άκμασαν αλλά και αυτά που μειώθηκαν καθώς οι ρίζες απλώνονταν στο χώμα. Η ανάλυση έδειξε ότι η διατροφή των μικροβίων καθορίζει γιατί κάποια πολλαπλασιάζονται πιο εύκολα από ότι άλλα είδη.
Σε μια υδροπονική εγκατάσταση, βύθισαν στο νερό τα φυτά στα διάφορα στάδια της ανάπτυξής τους για να τα διεγείρουν για να εκκρίνουν τους μεταβολίτες τους. Στη συνέχεια προσδιόρισαν τους μεταβολίτες που απελευθερώθηκαν με φασματομετρία μάζας.
Για να ρίξουν φως στις μεταβολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των οργανισμών, τάισαν τα μικρόβια που καλλιεργούσαν με κοκτέιλ από τους μεταβολίτες που απελευθερώθηκαν από τις ρίζες των φυτών και με τη χρήση φασματομετρίας μάζας, μέτρησαν ποιους προτιμούσαν τα μικρόβια.
Οι διατροφικές ανάγκες των περισσότερων μικροβίων που ακμάζουν περιλαμβάνουν αρωματικά οργανικά οξέα
Στα πρώιμα στάδια της ανάπτυξής του το φυτό είναι ένα εργοστάσιο που παράγει πολλά σάκχαρα, που είναι το αγαπημένο φαγητό πολλών μικροβίων. Καθώς όμως ωριμάζει απελευθερώνει ένα μείγμα μεταβολιτών, κάποιοι από τους οποίους είναι τα φαινολικά οξέα, τα οποία σχετίζονται με την άμυνα των φυτών ή την επικοινωνία φυτών-μικροβίων. Τα μικρόβια που επιβιώνουν και αναπτύσσονται σε άφθονια στη ριζόσφαιρα είναι αυτά που μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτά τα αρωματικά οργανικά οξέα.
Αν τα φυτά απελευθέρωναν οποιοδήποτε χημικό συστατικό θα ευνοούσε την ανάπτυξη ανεπιθύμητων βακτηρίων που αργότερα θα εμπόδιζε την ανάπτυξή τους.
Η πίεση για καλλιέργειες με όσο το δυνατόν λιγότερα λιπάσματα μεγαλώνει, ώστε να μην επιβαρύνουν το περιβάλλον και τα τοπικά οικοσυστήματα. Είναι πολύ σημαντικό να εκμεταλλευτούν κάθε ιδιότητα των μικροβίων για να βελτιώσουν την απόδοση των φυτών και την ποιότητα του εδάφους ώστε να ανταποκριθούν στις αυξανόμενες απαιτήσεις της κοινωνίας για υγιεινά τρόφιμα.
--
Πηγές:
- Zhalnina, K., Louie, K. B., Hao, Z., Mansoori, N., da Rocha, U. N., Shi, S., ... & Firestone, M. K. (2018). Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly. Nature Microbiology, 1.
- Chaparro, J. M., Badri, D. V., Bakker, M. G., Sugiyama, A., Manter, D. K., & Vivanco, J. M. (2013). Root exudation of phytochemicals in Arabidopsis follows specific patterns that are developmentally programmed and correlate with soil microbial functions. PloS one, 8(2), e55731.
- Peiffer, J. A., Spor, A., Koren, O., Jin, Z., Tringe, S. G., Dangl, J. L., ... & Ley, R. E. (2013). Diversity and heritability of the maize rhizosphere microbiome under field conditions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(16), 6548-6553.
- DeAngelis, K. M., Brodie, E. L., DeSantis, T. Z., Andersen, G. L., Lindow, S. E., & Firestone, M. K. (2009). Selective progressive response of soil microbial community to wild oat roots. The ISME journal, 3(2), 168.
- Community Science Program (CSP) jgi.doe.gov
