浮遊水耕システムにおけるアラビドプシス・タリアナ根の細菌の植民地化と維持のモニタリング

細菌や真菌性疾患による作物の破壊は、食糧生産の低下を引き起こし、世界的な安定性を著しく破壊する可能性^{があります1.}抑制土壌中の微生物が植物の健康を増大させる原因であるという発見に基づいて、科学者は、植物の微生物叢が特定の存在と豊富さを修正することによって植物の成長をサポートするために利用することができるかどうか尋ねました。細菌種³.植物の成長または発達を助けるために見出された細菌は、総称して植物成長促進細菌(PGPB)と呼ばれています。最近では、潜在的なPGPBを特定するだけの研究から、土壌、根の周り、根間(根表面を含む直接周囲および根表面を含む領域)における王国間相互作用がPGPBにどのように影響しているかを理解することにシフトしています。アクティビティ⁴.

PGPBによる根圏の植民地化は、未植民地化された植物^に対する多様なストレスに応じて宿主植物の健康または発達を増加させることができる5.しかし、結果は、多くの場合、密接に制御された温室および実験室の設定6で観察されるものと比較して、ネイティブ土壌条件でより可変である。この違いの1つの仮説は、PGPBの増殖または挙動が、フィールド7、8における天然土壌細菌または真菌によって阻害されうるということです。根間細菌による有益な効果は、一般に、1)根に向かって移動する細菌の能力に依存し、2)バイオフィルム形成を通じて根を植民地化し、3)小分子の産生を介して宿主植物または病原体と相互作用する。代謝産物^7,9.これらの植民地化行動のいずれも、隣接する^微生物10の存在および活性の影響を受ける可能性がある。

我々は、根圏のこれらの異なる細菌の植民地化段階を定量化し、視覚化するシステムを設計した(図1)。このアプローチは、接種前の苗の植え付け中など、植物を新しい環境に移した後に、長期的なPGPB維持が観察されない理由を調査する研究を容易にする。アラビドプシスタリアナは、実験室研究における広範な使用だけでなく、その微生物相互作用^に関する利用可能な十分なデータ11のために植物モデルとして選ばれました。システムには3つの段階があります:1)A.タリアナ増殖、2)細菌の植民地化、および3)細菌の維持(図1参照)。A.タリアナは陸上植物であるため、水耕^系12において過度の水ストレスに苦しんでいないことを確認することが重要であった。Haney et al.¹³によって使用される方法に触発され、苗は液体成長媒体から芽を分離するためにプラスチックメッシュ上で成長する。このシステムは、植物宿主の健康と発達を損なっているようには見えず、^液体11におけるA.タリアナの成長を改善する。植物の芽が表面の上に浮かぶと、根は液体細菌増殖培地に接種された細菌によって植民地化に完全にさらされる。これにより、成長に最も役立つ栄養素の植民地化を調べ、その後、植物がその成長をサポートするように設計された栄養培地で成長し続けられるように条件をシフトすることができます。両方の段階は、^根13の無酸素症を防ぐために安定した揺れを含む。細菌は、コロニー化媒体または維持培地のいずれかからの転移後に植物根から可視化または定量することができる。この水耕栽培システムは非常に柔軟であり、研究者の興味に応じて実験条件や適用応力を容易に変更することができます。

この説明された方法は、植物微生物の相互作用に関するより大きな文献の文脈において重要である。異なる細菌。植物生物学研究室は、多くの場合、固体寒天に植物微生物の植民地化実験を行い、細菌の平面移動(もしそうなら)のみを可能にする一方で、その後の移植中に植物の潜在的に破壊的な操作を必要とします。対照的に、微生物学研究室は、頻繁に彼らの実験内の細菌の健康を優先し、植物14、15の不利益に。植物および微生物に焦点を当てたラボのこれらの異なる優先順位は、これらのグループ間の結果を比較することが歴史的に困難になってきた, それぞれが通常、関心のある彼らの生物を最適化するために実験条件を最適化するので15.ここで説明するフローティングメッシュ植物成長システムは、これまでの微生物学指向の研究に顕著な利点である完全な植物の浸漬を防ぎ、同時に、コロニー化を容易にするために細菌の成長と生存を一時的に最適化する。したがって、ここで提示するアッセイは、微生物学者の基準を満たしながら、植物生物学者(植物の過剰水和と触覚操作に関する)の両方の懸念に対処する可能性があります(異なる細菌の増殖条件と複数を可能にする)。種の相互作用)⁷.このプロトコルは、様々な細菌、植物、および環境条件での使用に適応できるように設計されています。