Плотность популяции бактерий в листьях арабидопсиса не меняется со временем

Организмы растений, как и организмы животных, населяет множество бактерий, однако особенности взаимодействия этих бактерий друг с другом и с самим растением плохо изучены. Авторы новой статьи, опубликованной в PNAS, проанализировали транскриптомы эндофитных бактерий-комменсалов. Оказалось, что в долговременной перспективе разные популяции этих бактерий имеют схожую динамику и их численность практически не меняется. Более того, транскриптомные профили клеток эндофитов-комменсалов близки к таковым у бактериальных клеток в стационарной фазе роста.

Авторы работы моделировали взаимодействие растения с комменсальными бактериями-эндофитами на примере арабидопсиса и непатогенного штамма бактерии Pseudomonas syringae (большинство штаммов этой бактерии болезнетворно для растений). Бактериальные клетки вводили в листья арабидопсиса и наблюдали за динамикой популяции бактерии в течение 28 дней. Все время наблюдения плотность бактериальной популяции оставалась неизменной.

Чтобы оценить, является ли статическое состояние общей чертой популяций комменсальных эндофитов, ученые повторили эксперимент с другими непатогенными видами бактерий: бетапротеобактериями Achromobacter xylosoxidans и Pandoraea sp. и актинобактерией Rhodococcus sp. Численность популяций протеобактерий не изменилась за три недели наблюдения, только для бактерии Rhodococcus удалось зафиксировать небольшой прирост численности вскоре после введения.

Дальнейшие исследования с использованием антибиотиков, которые действуют только против активно делящихся клеток, показали, что в основе феномена неизменной численности бактериальных популяций лежит равновесие между делением клеток и их гибелью. Визуализация популяции с использованием бактерий, экспрессирующих флуоресцентные белки, выявила также небольшой процент клеток, которые вообще не делятся внутри растений.

Транскриптомный анализ бактерий-эндофитов, населяющих ткань листа, показал, что взаимодействие с растением приводит к апрегуляции генов первичного метаболизма. В частности, менялась экспрессия генов, вовлеченных в биосинтез АТФ и катаболизм гексозы. Ученые также отметили, что транскриптомные профили эндофитов напоминают профили бактерий, вошедших в стационарную фазу при культивировании in vitro. Это соответствует данным об отсутствии увеличения численности эндофитов.

По мнению авторов, изучение популяций комменсалов и патогенов растений в перспективе позволит защитить сельскохозяйственные культуры от болезней.