完全寄生虫 Cistanche phelypaea (Orobanchaceae) の種子内生細菌の多様性と潜在的な植物成長促進能力

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11835 (2023) この記事を引用

299 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

塩性湿地は、幅広い生態学的機能を備えた、非常にダイナミックで生物学的に多様な生態系です。 我々は、ポルトガルのイベリア半島の沿岸塩性湿地に生育する完全寄生性キスタンケ・フェリパエアの表面滅菌種子の内生細菌群集を調査した。 C. phelypaea は、そのような生息地で報告されたキスタンケ属の唯一の代表です。 ハイスループットシーケンス法を使用して、23 の細菌門と属レベルで 263 の異なる OTU が見つかりました。 プロテオバクテリア門とアクチノバクテリオタ門に属する細菌株が優勢でした。 また、いくつかの新たに分類または未発見の細菌門、未分類および未調査の分類群、共生古細菌群が C. phelypaea 種子に生息していました。 γ-プロテオバクテリアは最も多様な系統発生グループでした。 桿菌、放線菌、α-、γ-、β-プロテオバクテリアおよび未分類の細菌に属する63菌株が分離されました。 また、分離株の in vitro PGP 形質と耐塩性も調査しました。 放線菌の中では、ミクロモノスポラ属（Micromonospora spp.）が挙げられる。 種子の中で最も有望な内部寄生虫を示しました。 総合すると、結果は、種子には耐塩性細菌株が生息しており、宿主植物に対する塩ストレスの悪影響を軽減する役割を果たしている可能性があることを示した。 将来の研究では、これらの細菌は、新規でユニークな生理活性化合物の潜在的な供給源として、または新規の細菌種として評価される必要があります。

湿地は、その高い生物生産性、地球規模の温室効果ガス排出への貢献、栄養循環への関与などにより、非常に価値のある生態系とみなされています。 塩性湿地は、周期的な洪水、高い塩分濃度、栄養塩濃度、草食動物の密度、さらには海面上昇などの厳しい環境条件を特徴とする独特の湿地システムです。 彼らは好塩性の植物を育てています1,2。 これらの生態系は、優勢な大型植物の数が少なく、環境内の酸性化と高い塩分濃度が予測可能であることが特徴です3。 海岸の塩性湿地で生育する植物は、抗菌性、酵素性、植物成長促進 (PGP) 性、生分解性の特性に対する大きな可能性を秘めた植物関連細菌の供給源であり、まだ研究されていません 3。 このような塩性湿地では、完全寄生性のCistanche phelypaea (Orobanchaceae) が私たちの特別な関心を集めています。 キスタンケ属には約 25 種が含まれており、主にユーラシアと北アフリカの乾燥地帯、半乾燥地帯、塩生植物の生息地で見られます4。 この属に属するほとんどの種は、生育に特別な環境条件、つまり極度の乾燥気候、痩せた土壌、大きな温度変動、強い日照、少ない年間降水量を必要とします5。 偏性根寄生虫 C. phelypaea は分布地域が限られており、ポルトガルとスペインの大西洋岸の塩性湿地に固有です6、7、8。

進化の過程で、偏性根に完全寄生するオロバンシ科は、根と色素体の喪失9,10や、土壌中で長年生存し続ける多数の非常に小さな種子の生産など、複数の改変を受けました11,12。 ホロ寄生性の Orbanchaceae の種子の主な貯蔵物質は脂質です 13。 全寄生植物のライフサイクルの重要な段階は、種子の発芽、望ましい宿主への到達、栄養素へのアクセスの獲得、および新世代の発生です14。 ホスト信号を受信すると、種子は発芽を開始します。 その後、発芽した種子は、宿主の血管系に侵入する吸器と呼ばれる特殊な器官を発達させます。 このような吸器を介して、ホロ寄生種子は宿主の水と栄養素に到達することができます15,16。

宿主と寄生虫の相互作用において、塩性湿地の極限状態は双方にとって困難を伴います。 C. phelypaea は塩生植物の根に寄生します6。 したがって、ホロ寄生虫は、塩分土壌の非生物的条件、土壌溶液の高い浸透圧に対する防御機構を備えている必要があり、宿主植物の耐塩性にも対応できなければなりません17。 寄生植物は、直接的および間接的に塩分ストレスの影響を受けます。 根寄生虫は土壌との接触が非常に限られていますが、宿主の代謝を通じて間接的に塩分ストレスの影響を受けます。 自然の生息地では、宿主が蓄積する栄養素の含有量が高いため、ほとんどのキスタンケ種はストレス条件下で生育する宿主を好みます18。 塩ストレスは、発芽刺激物質の濃度に強く依存する宿主シグナル伝達の変化を通じて、C. phelypaea 種子の発芽を直接阻害します。 塩分に対する寄生虫の反応メカニズムはまだ不明です19。 一部の Orbanchaceae は多量のポリオールを蓄積することが判明しました 20。 樹木に寄生する半寄生虫の Viscum album (ヤドリギ) は、宿主からポリオールを積極的に吸収し、宿主特異的なポリオール プロファイルを発達させることが報告されています 21。 より高い塩濃度では、シロイヌナズナに寄生するクスクタ カンペストリスは l-プロリンを蓄積し、この方法で非感染植物と比較して宿主内の塩濃度を減少させました 22。