Phyllosphere - Phyllosphere

Plantenes antenne, for det meste okkupert av blader, er bebodd av forskjellige mikroorganismer som danner fylosfæren

Den phyllosphere er et begrep som brukes i mikrobiologi for å referere til det totale over bakken overflaten av en plante når den betraktes som et habitat for mikroorganismer . Phylosfæren kan videre deles inn i caulosphere (stengler), phylloplane (blader), anthosphere (blomster) og carposphere (frukt). Den under-bakken mikrobielle habitat (dvs. den tynne jordvolum som omgir rot eller underjordisk spindelpartier) er referert til som rhizosphere og laimosphere . De fleste planter er vert for forskjellige mikroorganismer, inkludert bakterier , sopp , archaea og protister . Noen er fordelaktige for planten, andre fungerer som plantepatogener og kan skade vertsplanten eller til og med drepe den.

Phyllosphere -mikrobiomet

Del av en serie om
Mikrobiomer
Plante mikrobiomer Endosfæren Phyllosphere Rhizosphere rotmikrobiom jordmikrobiom Sfære
Marine mikrobiomer Sjøgress Korall Marine mikrobiell symbiose
Menneskelige mikrobiomer Menneskemelk Fekal transplantasjon Tarm-hjerne-akse Placenta Spytt Uterine Menneskelig virome Nekrobiom
Andre mikrobiomer Mykobiom Virome Fykosfæren Skapt miljø Drosophila tarm
Mikrobiota Anlegg endofyt epifyt Marine Menneskelig mage lunge muntlig hud vaginal Innledende oppkjøp Mikrobielt samfunn Tilgjengelige karbohydrater Flora (mikrobiologi)
Holobionts Plante holobiont Marine holobiont korall sjøgress svamp rhodolith Hologenomikk hologenome evolusjon
I slekt Biomasse -partisjonering Dysbiose Gnotobiose Fytobiom Kvorumfølelse Biologisk mørkt stoff Mikrobiell populasjonsbiologi Mikrobielt samarbeid Metagenomikk viral Metatranscriptomics Metabolomics Pan-genom Superorganisme Symbiogenese
Prosjekter Human Microbiome Project Earth Microbiome Project
v t e

Bladoverflaten, eller fylosfæren, har et mikrobiom som består av forskjellige samfunn av bakterier , archaea , sopp , alger og virus . Mikrobielle kolonisatorer utsettes for daglige og sesongmessige svingninger i varme, fuktighet og stråling. I tillegg påvirker disse miljøelementene plantefysiologi (som fotosyntese, respirasjon, vannopptak etc.) og indirekte påvirker mikrobiomsammensetningen. Regn og vind forårsaker også tidsmessig variasjon i phyllosphere -mikrobiomet.

Den phyllosphere omfatter den totale antenne (over bakken) overflate av en plante, og som sådan omfatter overflaten av stammen, blomster og frukt, men mest spesielt bladoverflater. Sammenlignet med rhizosphere og endosphere den phyllosphere er næringsfattige og dens omgivelser mer dynamisk.

Interaksjoner mellom planter og deres tilknyttede mikroorganismer i mange av disse mikrobiomene kan spille en sentral rolle i vertsplantenes helse, funksjon og utvikling. Interaksjoner mellom vertsplanten og fyllosfærebakteriene har potensial til å drive ulike aspekter ved vertsplantefysiologien. Imidlertid er kunnskapen om disse bakterielle assosiasjonene i fylosfæren fra 2020 relativt beskjeden, og det er behov for å fremme grunnleggende kunnskap om dynamikken i fyllosfæren.

Sammensetningen av phyllosphere -mikrobiomet, som kan defineres strengt som epifytiske bakteriesamfunn på bladoverflaten, kan formes av mikrobielle samfunn som er tilstede i omgivelsene (dvs. stokastisk kolonisering ) og vertsplanten (dvs. biotisk seleksjon). Selv om bladoverflaten generelt regnes som en diskret mikrobiell habitat, er det imidlertid ingen enighet om den dominerende driveren for samfunnssamling på tvers av fyllosfære mikrobiomer. For eksempel har vertsspesifikke bakteriesamfunn blitt rapportert i fylosfæren til samtidig forekommende plantearter, noe som tyder på en dominerende rolle som vertsvalg.

Motsatt er det også rapportert at mikrobiomer i det omkringliggende miljøet er den primære determinanten for sammensetningen av fyllosfæren. Som et resultat er prosessene som driver sammensetningen av fyllosfæren ikke godt forstått, men usannsynlig å være universelle på tvers av plantearter. Imidlertid indikerer de eksisterende bevisene at det er mer sannsynlig at phyllosphere-mikrobiomer som viser vertsspesifikke foreninger vil samhandle med verten enn de som først og fremst rekrutteres fra omgivelsene.

Romlige skalaer betyr noe

Trinidad

Et blad

Området Trinidad er omtrent 5000 kvadratkilometer. Sammenlignet med størrelsen på et menneske, er dette omtrent det samme relative området som et typisk blad sammenlignet med størrelsen på en bakterie. Tenk deg et menneske et sted på Trinidad uten beina å bevege seg på, og verken øyne å se eller ører å høre, og bare beholder evnen til å lukte og ta på. Dette er en parallell til hvordan en individuell bakterie oppfatter et blad. Det er ingen evne til å oppfatte noe utover de mest umiddelbare omgivelsene. Bakterier trenger vann for bevegelse, og de oppfatter bare "signaler, for eksempel sukker, aminosyrer eller flyktige stoffer, som diffunderer til det okkuperte stedet". Denne mikrohabitaten bestemmer opplevelsen av den enkelte bakterien og hvordan den reagerer.

Totalt sett er det fortsatt høy artsrikdom i fylosfære samfunn. Soppsamfunn er svært varierende i fylosfæren i tempererte regioner og er mer mangfoldige enn i tropiske regioner. Det kan være opptil 107 mikrober per kvadratcentimeter tilstede på plantens bladoverflater, og bakteriebestanden i fylosfæren på global skala er estimert til å være 10 ²⁶ celler. Befolkningsstørrelsen til soppfyllosfæren er sannsynligvis mindre.

Fyllosfære mikrober fra forskjellige planter ser ut til å være noe like ved høye taxa -nivåer, men på lavere nivåer taxa er det betydelige forskjeller. Dette indikerer at mikroorganismer kan trenge finjustert metabolsk justering for å overleve i fylosfære -miljøet. Proteobakterier ser ut til å være de dominerende kolonisatorene, med Bacteroidetes og Actinobacteria også dominerende i fyllosfærer. Selv om det er likheter mellom rhizosfæren og jordmikrobielle lokalsamfunn, er det funnet svært liten likhet mellom fylosfære samfunn og mikroorganismer som flyter i friluft ( aeroplankton ).

Søket etter et kjernemikrobiom i vertsassosierte mikrobielle samfunn er et nyttig første skritt i forsøket på å forstå samspillet som kan oppstå mellom en vert og dets mikrobiom. Det rådende kjernemikrobiomkonseptet er bygget på oppfatningen om at et taksons utholdenhet på tvers av de spatiotemporale grensene for en økologisk nisje direkte reflekterer dets funksjonelle betydning innenfor nisjen det okkuperer; den gir derfor et rammeverk for å identifisere funksjonelt kritiske mikroorganismer som konsekvent assosieres med en vertsart.

Et blad fra en sunn Arabidopsis -plante (til venstre) og et blad fra en dysbiose -mutant plante (til høyre)

Divergerende definisjoner av "kjernemikrobiom" har oppstått på tvers av vitenskapelig litteratur med forskere som variabelt identifiserer "kjernetaxa" som de som er vedvarende på tvers av forskjellige vertsmikrohabitater og til og med forskjellige arter. Gitt den funksjonelle divergensen av mikroorganismer på tvers av forskjellige vertsarter og mikrohabitater , representerer kjerne taxa sensu stricto som de som er vedvarende over store geografiske avstander innenfor vevs- og artsspesifikke vertsmikrobiomer, den mest biologisk og økologisk hensiktsmessige anvendelsen av dette konseptuelle rammeverket. Vevs- og artsspesifikke kjernemikrobiomer på tvers av vertspopulasjoner atskilt med store geografiske avstander har ikke blitt rapportert mye for fyllosfæren ved å bruke den strenge definisjonen etablert av Ruinen.

Eksempel: mānuka -fyllosfæren

Relativ overflod av kjerne phyllosphere taxa i mānuka

Mānuka er en blomstrende kratt. Diagrammet viser en overflod-belegg fordeling som identifiserer kjerne phyllosphere taxa i ikke-sjeldne (grønne) og sjeldne (lilla) datasett. Hvert punkt representerer et taxon plottet av den gjennomsnittlige logaritmiske relative overflod og belegg. Taxa (rosa) med en belegg på 1 (dvs. påvist i alle 89 fylosfære prøver) ble ansett som medlemmer av kjernemikrobiomet.

Det blomstrende tea -treet som vanligvis er kjent som mānuka er innfødt i New Zealand. Mānuka honning , produsert fra nektar av mānuka blomster, er kjent for sine antibakterielle egenskaper som ikke er peroksid. Disse ikke-peroksyd antibakterielle egenskaper er i hovedsak knyttet til akkumulering av de tre-karbon sukker Dihydroxyacetone (DHA) i nektar manuka blomst, som gjennomgår en kjemisk omdannelse til metylglyoksal (MGO) i modne honning. Imidlertid er konsentrasjonen av DHA i nektar av mānuka -blomster notorisk variabel, og den antimikrobielle effekten av mānuka -honning varierer følgelig fra region til region og fra år til år. Til tross for omfattende forskningsinnsats er det ikke identifisert noen pålitelig sammenheng mellom DHA -produksjon og klimatiske, edafiske eller vertsgenetiske faktorer.

{A} Varmekartet til venstre illustrerer hvordan sammensetningen av OTU -er i mānuka -fyllosfæren og tilhørende jordsamfunn var vesentlig forskjellig. Det ble ikke påvist noen kjernemasse.
(B) Diagrammet til høyre viser hvordan OTUer i fylosfæren og tilhørende jordsamfunn var forskjellige i relative mengder.

Mikroorganismer har blitt studert i mānuka -rhizosfæren og endosfæren. Tidligere studier fokuserte hovedsakelig på sopp, og en studie fra 2016 ga den første undersøkelsen av endofytiske bakteriesamfunn fra tre geografisk og miljømessig forskjellige mānuka-populasjoner ved hjelp av fingeravtrykksteknikker og avslørte vevsspesifikke kjerneendomikrobiomer. En studie fra 2020 identifiserte et habitatspesifikt og relativt rikelig kjernemikrobiom i mānuka-fyllosfæren, som var vedvarende på tvers av alle prøvene. I kontrast viste ikke-kjerne phyllosphere-mikroorganismer betydelig variasjon mellom individuelle vertstrær og populasjoner som var sterkt drevet av miljømessige og romlige faktorer. Resultatene demonstrerte eksistensen av et dominerende og allestedsnærværende kjernemikrobiom i phyllosfæren i mānuka.

Se også

• Epifytter
• Mikrobiota

Referanser