Здоровая древесина содержит огромное количество бактерий, архей и грибов, что может привести к разработке технологий защиты деревьев.
Древесина дерева может казаться безжизненной, но она является домом для невероятно разнообразных живых организмов. Согласно данным нового исследования, внутри ствола среднего дерева обитает более 1 триллиона грибков, бактерий и других микроорганизмов, представляющих собой уникальные сообщества, характерные для различных пород деревьев.
По словам Хесуса Меркадо-Бланко, микробиолога из Национального исследовательского совета Испании, который не принимал участия в работе, некоторые из этих микробов могут стать кандидатами на пробиотики для защиты от патогенов или их уничтожения. По его мнению, исследование, опубликованное в виде препринта на сайте bioRxiv, может привести к появлению новых способов защиты уязвимых деревьев по всему миру.
Микробы - важная часть жизни растений. Например, грибки в почве помогают корням получить доступ к воде и питательным веществам, а полезные бактерии и грибки на листьях могут предотвратить заражение патогенами. Но мало что известно о микробах, живущих внутри здоровой древесины, которая составляет огромное количество биомассы. По оценкам, 10 триллионов деревьев на планете содержат 450 гигатонн углерода, что превосходит 2 гигатонны, содержащиеся в животных.
В новом исследовании Джонатан Гевиртцман и Уайатт Арнольд, аспиранты Йельского университета, специализирующимся на молекулярной биологии отправились в лес в Коннектикуте, чтобы изучить 15 распространенных видов деревьев, включая дубы, клены и сосны. Они извлекли образцы древесины из стволов 158 деревьев, сделав керны тоньше карандаша. Они также взяли образцы почвы вокруг каждого дерева. Выделив ДНК из древесины и почвы, они отправили генетический материал в лабораторию для секвенирования ключевых маркерных генов 16s и ITS. Арнольд изучил эти данные и сопоставил их с последовательностями известных типов микроорганизмов.
Чтобы примерно оценить количество прокариотических микробов - бактерий и архей, которые выглядят похоже, но имеют разную эволюционную историю - внутри типичного дерева, Гевиртцман и Арнольд начали с их численности в 1 грамме древесины из кернов. Умножив это количество на вес 5-тонного дерева, они получили 1 триллион прокариот. (Сюда не входят грибы, которые являются эукариотами и численность которых невозможно достоверно рассчитать на основе генетических данных). Это может показаться большим количеством, но в пищеварительном тракте человека содержится примерно в 38 раз больше прокариотических клеток, чем в стволе дерева.
Подобно тому, как различные животные имеют свой собственный микробиом в зависимости от того, чем они питаются, 15 видов деревьев имели уникальные сообщества, живущие в их древесине. Например, в древесине клена было гораздо больше сахароядных микроорганизмов, которые питаются сладким соком, из которого делают кленовый сироп. В то же время виды деревьев, известные своей устойчивостью к гниению, такие как восточный болиголов, отличались наименьшим количеством микробов.
По всему лесу также прослеживается общая закономерность. Независимо от породы дерева микробные сообщества, по-видимому, специализируются на жизни в разных тканях. Например, в плотной древесине, где кислорода меньше, чем в заболони, чаще встречаются метанобактерии, вырабатывающие метан. Заболонь, напротив, содержит бактерии, приспособленные к жизни в условиях более высокой концентрации кислорода.
Ранее эта закономерность была выявлена при изучении лишь одного вида деревьев. Но поскольку в новом исследовании анализ был расширен до 15 распространенных видов, по словам Гевиртцмана, он позволяет составить представление о типичном микробиоме древесины живых деревьев. «Это значительный шаг вперед, - соглашается Шэрон Лафферти Доти, микробиолог растений из Университета Вашингтона.
По словам Гевиртцмана, исследование ставит больше вопросов, чем дает ответов. Одна из загадок - происхождение микробов, живущих в древесине. Очевидным источником была бы почва, поскольку она богата бактериями, археями и грибами. Но у некоторых видов деревьев, которые изучали авторы исследования, лишь 3% микробного разнообразия в древесине совпадает с разнообразием микроорганизмов в почве, в которой она растет.
В конечном итоге ученые могут найти способы регулировать микробиом деревьев, чтобы помочь защитить их от патогенов. Для этого необходимо больше узнать о функциях микробов, живущих в древесине, считает Самуэль Мартинс, патолог растений из Университета Флориды, а это непростая задача, поскольку лишь немногие из них можно вырастить в лабораторных условиях. По его словам, новое исследование может помочь ответить на два фундаментальных вопроса о микробах, живущих в растениях: «Кто это и что они там делают?».
