Parteneriatul plantă-bacterii dezvăluie cum rădăcinile accesează fierul blocat în sol
Un studiu publicat în revista Cell explică modul în care plantele Arabidopsis își adaptează comunicarea chimică cu microbiota bacteriană a rădăcinilor pentru a maximiza achiziția de fier din soluri acide sau calcaroase. Cercetarea a fost condusă de Paul Schulze-Lefert de la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Reproducerii Plantelor din Köln, în colaborare cu Ricardo F.H. Giehl de la Institutul Leibniz de Genetică a Plantelor și Cercetarea Plantelor Cultivate din Gatersleben.
Fierul este esențial pentru creșterea plantelor, însă în multe soluri rămâne inaccesibil, fiind blocat în forme insolubile pe care rădăcinile nu le pot absorbi direct. Plantele sănătoase crescute în soluri naturale sunt colonizate de o comunitate diversă de microbi, cunoscută sub numele de microbiota. Pentru a face față limitării fierului, plante precum Arabidopsis thaliana și multe specii de culturi activează un răspuns la înfometare care implică eliberarea de cumarine din rădăcini în rizosferă, zona îngustă de sol din jurul rădăcinilor, locuită de microbiota rădăcinilor.
Arabidopsis ajustează eliberarea diferitelor chemotipuri de cumarine în funcție de pH-ul solului: sideretina este principala cumarină secretată în solurile acide, în timp ce fraxetina este eliberată în cantități mai mari în solurile calcaroase. Deși plantele eliberează aceste cumarine chiar și în absența microbilor, funcția lor completă în mobilizarea fierului se manifestă doar în sinergie cu microbiota rădăcinilor.
Analizele au dezvăluit două mecanisme prin care bacteriile interacționează cu aceste cumarine specifice pH-ului. La pH acid, fierul trivalent Fe(III), forma dominantă și biodisponibilă din sol, este redus la forma divalentă mai solubilă Fe(II) printr-un proces numit dizolvare reductivă, care lasă în urmă o formă oxidată inactivă a sideretinei. Bacteriile interacționează cu sideretina printr-un mecanism de detectare redox, preluând sideretina consumată pentru reciclare și eliberare ulterioară în rizosferă, într-un proces numit navetă redox bacteriană.
La pH aproape neutru, mobilizarea interactivă a Fe(III) are loc prin interacțiunea dintre cumarina fraxetină și un siderofor bacterian, molecule produse de bacterii pentru propria achiziție de fier. Fraxetina deviază o parte din fierul mobilizat de siderofor către achiziția de către plantă. Formele mobile de fier sunt apoi preluate de rădăcină fie prin reducere enzimatică la suprafața rădăcinii la pH circumneutru, fie prin import direct de Fe(II) la pH acid.
Aceste două trăsături bacteriene sunt răspândite în microbiota rădăcinilor, sugerând că procesele bacteriene au evoluat probabil cu mult înainte de apariția plantelor terestre. Majoritatea bacteriilor asociate rădăcinilor testate au reușit să salveze plantele de deficiența de fier în culturi de laborator la diferite condiții de pH, indiferent dacă bacteriile proveneau din soluri cu fier suficient sau deficitar.
Într-un studiu recent, Arabidopsis a fost observată cooperând cu bacteriile asociate rădăcinilor pentru a mobiliza fosforul din sol. Când fosforul este redus, rădăcinile eliberează malat, care acționează ca semnal de atragere a bacteriilor solubilizatoare de fosfor la suprafața rădăcinii. Bacteriile consumă compuși de carbon și azot furnizați de plantă și activează mecanisme care eliberează fosfor din surse anorganice și organice altfel inaccesibile.
