Мониторинг бактериальной колонизации и технического обслуживания на арабидопсис thaliana Корни в плавающей гидропонной системы

Уничтожение сельскохозяйственных культур бактериальными и грибковыми заболеваниями приводит к снижению производства продуктов питания и может серьезно нарушить глобальную стабильность¹. Основываясь на открытии, что микробы в подавляющих почвах несут ответственность за повышение здоровья растений², ученые спросили, может ли микробиом растений быть использованы для поддержки роста растений путем изменения присутствия и изобилия частности бактериальных видов³. Бактерии, найденные для помощи в росте растений или развитии, коллективно называются бактериями, способствующими росту растений (PGPB). В последнее время исследования перешли от простого выявления потенциальных PGPB к пониманию того, как взаимодействие между царством в почве, вокруг корней, или в rhizosphere (область, непосредственно окружающая и в ключая корневую поверхность) может влиять на PGPB деятельность⁴.

Колонизация rhizosphere PGPB может увеличить здоровье или развитие растений хозяина в ответ на различные стрессоры по отношению к неколонизованных растений⁵. Однако, результаты часто более переменны в родных условиях почвы посравнению с теми, которые наблюдаются в тесно контролируемых тепличных и лабораторных условиях 6. Одна из гипотез для этого различия заключается в том, что рост или поведение PGPB может быть ингибирована родной почвенных бактерий или грибов в полях^7,8. Благотворное воздействие rhizosphere бактерий обычно зависит от способности бактерий 1) найти и двигаться к корню, 2) колонизировать корень через биопленки формирования, и 3) взаимодействовать с принимающей растений или патогенов через производство малых молекул метаболитов^7,9. Любое из этих колонизации поведения могут быть затронуты наличием и активностью соседних микробов¹⁰.

Мы разработали систему количественной оценки и визуализации этих различных этапов бактериальной колонизации ризосферы(рисунок 1). Этот подход облегчит исследования, исследующие, почему долгосрочное техническое обслуживание PGPB иногда не наблюдается после переноса растений в новые среды, например, во время посадки предварительно привитых саженцев. Arabidopsis thaliana, как были выбраны в качестве модели растений из-за его широкого использования в лабораторных исследованиях, а также достаточно данных о его микробных взаимодействий¹¹. Есть три этапа в системе: 1. A. thaliana роста, 2) бактериальной колонизации, и 3) бактериального обслуживания (см. Рисунок 1). Поскольку А. Талиана является наземным растением, было важно, чтобы он не страдал неоправданным водным стрессом в гидропонной системе¹². Вдохновленные методами, используемыми Haney et al.^13,саженцы выращиваются на пластиковой сетке, чтобы отделить побег от жидкой среды роста. Эта система, как представляется, не ставит под угрозу здоровье и развитие хозяина растения, и это улучшает рост A. thaliana в жидкости¹¹. Как завод стрелять плавает над поверхностью, корни полностью подвержены колонизации бактериями прививки в жидкой бактериальной среды роста. Это позволяет бактерии, представляющие интерес, которые будут рассмотрены для колонизации питательных веществ, которые являются наиболее благоприятными для роста, в то время как изменение условий, чтобы позволить заводу продолжать расти в питательной среде, предназначенной для поддержки его роста. Оба этапа включают устойчивое встряхивание, чтобы предотвратить аноксию корня¹³. Бактерии могут быть визуализированы или количественно из корней растений после передачи либо из колонизации среды или поддержания среды. Эта гидропоника очень гибкая, что позволяет легко изменять экспериментальные условия и прикладные напряжения в зависимости от интересов исследователей.

Этот описанный метод имеет важное значение в контексте более широкого тела литературы о растительно-микробных взаимодействий, поскольку он обеспечивает надежную систему для изучения этих взаимодействий на корневой поверхности, а также настраиваемый на предпочтения роста различных бактерий. Лаборатории биологии растений часто выполняют эксперименты по колонизации растений и микробов на твердом агаре, что позволяет проводить только планарное движение (если это) бактерий, требуя при этом потенциально разрушительных манипуляций растений во время последующей передачи. В отличие от микробиологических лабораторий часто приоритеты здоровья бактерий в рамках своих экспериментов, в ущерб растениям^14,15. Эти различные приоритеты растений и микробиологии ориентированных лабораторий исторически затрудняет сравнение результатов между этими группами, так как каждый из них обычно оптимизирует экспериментальные условия для оптимизации их организм интересов¹⁵. Описанная здесь система плавающей сетки растений предотвращает полное погружение растений, что является заметным преимуществом для предыдущих исследований, ориентированных на микробиологию, а также временно оптимизирует рост и выживание бактерий для содействия колонизации. Таким образом, анализ, который мы представляем здесь, может решить проблемы как биологов растений (о чрезмерной гидратации и тактильных манипуляций завода), удовлетворяя при этом критериям микробиологов (с учетом различных условий роста бактерий и нескольких видовых взаимодействий)⁷. Этот протокол предназначен для адаптивной для использования с различными бактериями, растениями и условиями окружающей среды.