DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-121423-042014
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39251211
تاريخ النشر: 2024-09-03
المؤلف: Valentina Fiorilli وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على المفاهيم الرئيسية المتعلقة بتفاعلات النباتات والميكروبات، مع التركيز بشكل خاص على أدوار الميكروبيوتا، والتحمل، والمقاومة في استراتيجيات الدفاع النباتية. تشير الميكروبيوتا إلى المجتمع المتنوع من الميكروبات المفيدة، والمشتركة، والمرضية المرتبطة بالكائنات حقيقية النواة، والتي تلعب دورًا حاسمًا في صحة النباتات ومرونتها.
يُعرف التحمل بأنه قدرة النبات على تحمل أو التعافي من الأضرار التي تسببها مسببات الأمراض أو العواشب، مما يسهل من خلال عمليات النمو والعمليات الفسيولوجية التعويضية. في المقابل، تتضمن المقاومة قدرة النبات على تقليل عدوى مسببات الأمراض أو العواشب من خلال دفاعات ميكانيكية وكيميائية متنوعة. بالإضافة إلى ذلك، يبرز القسم التعايش الفطري الجذري، وهو علاقة مهمة وقديمة بين حوالي 70% من النباتات الأرضية والفطريات التربة من مجموعة Glomeromycotina، مما يبرز أهمية الروابط الميكروبية في تعزيز آليات الدفاع النباتية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث مفهوم الهولوبيو، الذي يفترض أن الكائنات حقيقية النواة العليا، بما في ذلك النباتات، تعمل ككيانات متكاملة تضم كل من المضيف والميكروبيوتا المرتبطة به. تؤكد على أهمية الميكروبيوتا المرتبطة بالجذور، وخاصة في منطقة الجذور، وهي منطقة غنية بالتنوع الميكروبي تلعب دورًا حاسمًا في تعزيز بيولوجيا النباتات. يمكن أن تحسن الميكروبات المفيدة في هذه البيئة من امتصاص العناصر الغذائية، وتؤثر على العمليات التنموية، وتعزز مرونة النبات تجاه الضغوط المختلفة. تبرز الورقة التمييز بين المقاومة النظامية المحفزة (ISR) والمقاومة المكتسبة النظامية (SAR)، وكلاهما يساهم في آليات الدفاع طويلة الأمد للنبات ضد مسببات الأمراض وغيرها من الضغوط.
تتوسع القسم بشكل أكبر في الفطريات الجذرية (AM)، التي تشكل علاقات تعاونية مع معظم النباتات الأرضية. يتميز هذا التعايش بتبادل متبادل للعناصر الغذائية، حيث تتلقى النباتات المعادن الأساسية بينما توفر الكربوهيدرات للفطريات. تُعرف الفطريات الجذرية بنطاقها الواسع من المضيفين ودورها في تنظيم دورات العناصر الغذائية والكربون داخل النظم البيئية. كما توضح المقدمة عملية استعمار الجذور بواسطة الفطريات الجذرية، والتي تتضمن آليات إشارة معقدة وتؤدي إلى تأثيرات نظامية على صحة النبات، بما في ذلك تعزيز المقاومة لكل من الضغوط الحيوية وغير الحيوية. بشكل عام، تضع المقدمة الأساس لاستكشاف التفاعلات المعقدة بين النباتات وميكروباتها، وخاصة الأدوار المفيدة للفطريات الجذرية في تعزيز صحة النبات ووظائف النظام البيئي.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على العلاقة المعقدة بين الفطريات الجذرية (AM) ومناعة النبات، مع التأكيد على الآليات الجزيئية التي تسهل هذا التعايش. تستخدم الفطريات الجذرية، ككائنات حية تعتمد على المضيف، استراتيجيات متنوعة لتجاوز آليات الدفاع النباتية، مما يؤدي إلى إقامة علاقة تعاونية طويلة الأمد. يؤدي تنشيط مسار الإشارة التعاونية الشائعة (CSSP) في النباتات، الذي يبدأ بإدراك عوامل Myc—السكريات الشديدة السلسلة التي تفرزها الفطريات الجذرية—إلى تفعيل سلسلة من الاستجابات الخلوية، بما في ذلك ارتفاع الكالسيوم وتعديل مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). يعد هذا التعديل حاسمًا لإقامة التعايش الفطري الجذري، حيث يسمح للفطريات بالتلاعب في استجابات المناعة النباتية بينما تعزز في الوقت نفسه تبادل العناصر الغذائية.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة كيف تعزز الفطريات الجذرية مقاومة النبات وتحمله تجاه الضغوط الحيوية، مثل مسببات الأمراض والعواشب. تؤدي التفاعل إلى إعادة برمجة التمثيل الغذائي للنبات وآليات الدفاع، مما يمكن أن يؤدي إلى إما زيادة القابلية للإصابة أو تعزيز المقاومة اعتمادًا على السياق. على سبيل المثال، بينما يمكن أن يؤدي استعمار الفطريات الجذرية إلى تحسين امتصاص العناصر الغذائية وصحة النبات بشكل عام، قد يتداخل أيضًا مع المسارات المتعلقة بالمقاومة، مثل تلك التي تتوسطها الجاسمونات. تؤكد النتائج على تعقيد التعايش الفطري الجذري، مما يشير إلى أن نتائج هذه التفاعلات تتأثر بعوامل متنوعة، بما في ذلك نمط حياة مسببات الأمراض المحددة، والظروف البيئية، والحالة الفسيولوجية للنبات المضيف. فهم هذه الديناميات أمر ضروري لتحسين استخدام الفطريات الجذرية في الممارسات الزراعية المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-121423-042014
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39251211
Publication Date: 2024-09-03
Author(s): Valentina Fiorilli et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Overview
The section provides an overview of key concepts related to plant-microbe interactions, particularly focusing on the roles of microbiota, tolerance, and resistance in plant defense strategies. Microbiota refers to the diverse community of beneficial, commensal, and pathogenic microbes associated with eukaryotic organisms, which play a crucial role in plant health and resilience.
Tolerance is defined as a plant’s ability to endure or recover from damage caused by pathogens or herbivores, facilitated through growth and compensatory physiological processes. In contrast, resistance involves a plant’s capacity to diminish pathogen infection or herbivory through various mechanical and chemical defenses. Additionally, the section highlights arbuscular mycorrhizal symbiosis, a significant and ancient relationship between approximately 70% of land plants and soil fungi from the Glomeromycotina group, which underscores the importance of microbial associations in enhancing plant defense mechanisms.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the holobiont concept, which posits that higher eukaryotes, including plants, function as integrated units comprising both the host and its associated microbiota. It emphasizes the significance of root-associated microbiota, particularly in the rhizosphere, a region rich in microbial diversity that plays a crucial role in enhancing plant biology. Beneficial microbes in this environment can improve nutrient uptake, influence developmental processes, and enhance plant resilience to various stresses. The paper highlights the distinction between induced systemic resistance (ISR) and systemic acquired resistance (SAR), both of which contribute to a plant’s long-term defense mechanisms against pathogens and other stressors.
The section further elaborates on arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, which form mutualistic relationships with most land plants. This symbiosis is characterized by a reciprocal exchange of nutrients, where plants receive essential minerals while providing carbohydrates to the fungi. AM fungi are noted for their extensive host range and their role in regulating nutrient and carbon cycles within ecosystems. The introduction also details the process of root colonization by AM fungi, which involves complex signaling mechanisms and leads to systemic effects on plant health, including enhanced resistance to both biotic and abiotic stresses. Overall, the introduction sets the stage for exploring the intricate interactions between plants and their microbiota, particularly the beneficial roles of AM fungi in promoting plant health and ecosystem functionality.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the intricate relationship between arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and plant immunity, emphasizing the molecular mechanisms that facilitate this symbiosis. AM fungi, as obligate biotrophs, employ various strategies to circumvent plant defense mechanisms, thereby establishing a long-lasting mutualism. The activation of the common symbiotic signaling pathway (CSSP) in plants, initiated by the perception of Myc factors—short-chain chito-oligosaccharides secreted by AM fungi—triggers a cascade of cellular responses, including calcium spiking and the modulation of reactive oxygen species (ROS) levels. This modulation is crucial for the establishment of AM symbiosis, as it allows the fungi to manipulate plant immune responses while simultaneously promoting nutrient exchange.
Furthermore, the paper discusses how AM fungi enhance plant resistance and tolerance to biotic stresses, such as pathogens and herbivores. The interaction leads to a reprogramming of plant metabolism and defense mechanisms, which can result in either increased susceptibility or enhanced resistance depending on the context. For instance, while AM colonization can improve nutrient uptake and overall plant health, it may also interfere with resistance-related pathways, such as those mediated by jasmonates. The findings underscore the complexity of AM symbiosis, suggesting that the outcomes of these interactions are influenced by various factors, including the specific pathogen lifestyle, environmental conditions, and the physiological state of the host plant. Understanding these dynamics is essential for optimizing the use of AM fungi in sustainable agricultural practices.