15.3.2019 Arktisen kasvin mikrobit muokkaavat kasvia ja auttavat sitä selviytymään stressitilanteissa
Maapallon kaikki kasvit elävät tiiviissä vuorovaikutuksessa monimuotoisen mikrobiyhteisön kanssa. Sieniä, viruksia ja bakteereita elää kasveissa kaikissa solukoissa niin juurissa kuin lehdissäkin. Moni näistä seuralaisbakteereista ja sienistä osallistuu kasvien ravinteidenottoon, lisää kasvien kuivan- ja kylmänkestävyyttä ja torjuu taudinaiheuttajia.
Väitöstutkimuksessaan Cindy Jittrapan Given on tutkinut arktisen pioneerikasvin, hapron, mikrobiyhteisöjä. Tutkimus osoitti, että kasvin lehtien tai juurien mikrobiyhteisöä muuttavalla bakteerikäsittelyllä on mahdollista muokata kasvin ilmiasua ja parantaa kasvien stressinsietokykyä. Sillä voi olla merkitystä esimerkiksi tulevaisuuden kasvintuotannossa, jossa mikrobeilla voidaan korvata osin lannoitteita ja kasvinsuojeluaineita.
Kasvien mikrobiomien monimuotoisuus ja niiden tärkeys kasvien hyvinvoinnille on oivallettu vasta viimeisen vuosikymmenen aikana. Valtaosa tutkimuksesta on keskittynyt lauhkean ilmaston viljelykasvilajeihin.
Luonnonkasvien, etenkin haasteellisissa oloissa kasvavien arktisten kasvien mikrobiomeista tiedetään hyvin vähän. Niillä voi olla hyödyllisiä ominaisuuksia. Väitöstutkimus toi lisätietoa kylmissä ja ravinneköyhissä oloissa hyvin pärjäävän arktisen pioneerikasvin hapron (Oxyria digyna) kasvin sisäisten (endofyyttisten) bakteeriyhteisöjen muodostumisesta ja toiminnallisista eroista eri kasvinosissa eli juurissa ja lehdissä.
Tutkimus on tehty käyttäen laajamittaista rinnakkaissekvensointia ja bakteerieristyksiä ja –karakterisointeja. Mikrolisättyihin kasveihin on lisätty hapron lehtien tai juurten endofyyteistä muodostettuja bakteerikonsortioita joko lehtien tai juurten kautta.
Tulokset osoittivat selvästi, että kasvin eri solukot valikoivat erilaisia endofyyttibakteereja. Luonnonvaraisten ja mikrolisättyjen kasvien bekteeriyhteistöt olivat lajistollisesti hyvin samanlaisia, mutta ne toimivat eri kasvinosissa eri tavoin. Tutkimus osoitti, että esimerkiksi luonnonvaraisten kasvien bakteeriyhteisöissä oli merkittävästi enemmän bakteereja, joilla on kyky sitoa typpeä.
Tutkimuksessa selvisi myös, että eri solukosta peräisin olevat bakteerit vaikuttivat eri tavoin kasvin ilmiasuun, esimerkiksi juurten biomassaan tai pinta-alaan, ja muokkasivat voimakkaasti myös kasvin alkuperäistä mikrobiyhteisöä. Osa endofyyttibakteereista auttoi kasveja selviämään voimakkaasta lämpöstressistä. Stressisuojauksen toimintamekanismin selvittäminen vaatii lisätutkimuksia. Bakteerikäsittelyjen kehittelytyössä ja käytössä on tärkeää ottaa huomioon kasvimikrobiomien moninaiset vuorovaikutussuhteet ja mikrobien erikoistuminen kasvin eri solukoihin ja jopa eri ilmastoon.
Väitöskirjatyö Jyväskylän yliopistossa oli osa Suomen Akatemian rahoittamaa projektia ”Endofyyttisten bakteeriyhteisöjen diversiteetti ja toiminta arktisissa ekosysteemeissä”.
Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston JYU Dissertations –sarjassa, 62, Jyväskylä 2019
ISSN: 2489-9003, ISBN: 978-951-39-7690-3.
Linkki julkaisuun:
äپٴᲹ:
M.Sc Cindy Jittrapan Given, cindy.j.given@jyu.fi, +358 469 333 880
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen, puh. +358 5818351
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta