Під землею захисні механізми рослин працюють не так, як над землею - тут їм доводиться розрізняти, кому з бактерій дозволити жити на корінні, а кому ні.
Коріння рослин не просто занурені в ґрунт - вони знаходяться в оточенні величезного числа найрізноманітніших бактерій та інших мікроорганізмів. Їх важливість для рослини важко переоцінити - грунтовані мікроби допомагають засвоювати поживні речовини і пристосовуватися до можливих несприятливих умов, на кшталт посухи, закислення ґрунту тощо. Але серед них можуть бути і дуже шкідливі екземпляри. Тобто рослині доводиться вирішувати ту ж задачу, що і нашій травній системі: відокремлювати корисних мікробів від шкідливих, співпрацювати з першими і уникати других.
Досі мало що було відомо про те, як рослини вирішують це завдання, тому робота Сари Лебейс (Sarah Lebeis) і її колег з Університету Теннессі, Університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл і Об'єднаного геномного інституту, опублікована в Science, стала тут великим кроком вперед. У рослин є захисні механізми, що виконують роль імунної системи і захищають їх від різних шкідників. До їх складу входять сигнальні та атакуючі речовини, такі, як саліцилова кислота, жасмонова кислота, етилен. Саліцилова кислота служить одним з головних сигналів, що сповіщають про вторгнення інфекції: при появі мікробів на листях і втечах вона запускає цілий спектр захисних реакцій.
Раніше було помічено, що імунні механізми рослин працюють і під землею, впливаючи на бактерій з груп Firmicutes, Proteobacteria і Actinobacteria. Причому вплив захисних фітогормонів був досить складним: наприклад, і занадто велика, і занадто маленька концентрація саліцилової кислоти в рослинних тканинах знижувала рівень бактерій з групи Actinobacteria.
У новій серії дослідів дослідники відключали у піддослідних рослин Arabidopsis thaliana гени, що відповідають за синтез і розпізнавання тих чи інших компонентів захисної системи. В результаті прикоренева мікрофлора радикальним чином змінювалася: рослини ніби втрачали контроль над мікробною співдружністю, і поруч з корінням виявлялися такі групи бактерій, яких там ніколи не бачили. (Про всяк випадок підкреслимо, що мова йде не про мікориз, не про тісний симбіоз грибів з кореневою системою, і не про кореневі клубеньки з азотфіксуючими бактеріями, а про мікроби, що живуть поблизу або просто на поверхні коріння. Хоча, очевидно, формування мікоризи і клубеньків теж не обходиться без узгодження з рослинними захисними системами.)
Найсильніше такі зміни були виражені у мутантів, які не могли синтезувати саліцилову кислоту або відчувати її сигнал, з чого автори роботи зробили висновок, що вона є чи не найважливішим хімічним важелем для управління прикореневою мікрофлорою. Причому дія її «нагорі» відрізняється від того, що вона робить «внизу»: у коренів саліцилова кислота діє вибірково, створюючи сприятливі умови для одних бактерій і не пускаючи сюди інших. «Нагорі» ж, як було сказано, саліциловий сигнал спрацьовує в момент небезпеки, коли лист і втеча повинні бути терміново очищені від інфекції. Деякі ґрунтові бактерії, що приходять «на запах» саліцилової кислоти, можуть використовувати її у власному обміні речовин, як джерело вуглецю, але взагалі дослідникам тепер належить величезна робота, перш ніж нам стане зрозуміло, що за конкретні сигнальні реакції дозволяють рослині так майстерно керувати прикореневою мікрофлорою.
Все це дійсно дуже схоже на наш кишечник з його симбіотичними бактеріями: нашому імунітету теж доводиться «відокремлювати агнців від козлищ», тобто вибирати, яких мікробів залишити в спокої, тому що без них взагалі прожити буде важко, а яких гнати в шию. Ну а практичне значення нових результатів зрозуміло всім. На самому початку ми говорили про те, що ґрунтовані бактерії всіляко допомагають рослинам, а це означає, що, самостійно регулюючи рослинні хімічні сигнали, ми зможемо оптимізувати прикореневу мікрофлору культурних рослин і тим самим домогтися, наприклад, більшої врожайності.