Molekulaariset mekanismit männyn kasvua lisäävässä endosymbiontissa, Methylorubrum extorquens DSM13060- tulevaisuuden biolannoitteiden kehittämiseksi

Endofyyttiset bakteerit elävät kasvien solukoissa ja ovat tärkeä osa kasvien mikrobiyhteisöä. Ne edistävät kasvien sietokykyä muuttuvia ympäristöolosuhteita vastaan ja tehostavat kasvien kasvua ja kehitystä, mikä on ollut viime vuosina kasvintuotannon painopisteessä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli ymmärtää mekanismeja, joiden avulla endosymbiontti Methylorubrum extorquens DSM13060 viihtyy männyn (Pinus sylvestris L.) meristemaattisissa soluissa tarjoten etuja isännälleen. M. extorquens DSM13060 ei tuota yleisiä kasvihormoneja kasvien kasvun edistämiseen, mikä poikkeaa normaalista endofyyttisestä elämäntavasta. Infektoidessaan kasvia M. extorquens DSM13060 kuluttaa männyn tuottamaa metanolia poly-3-hydroksibutyraatin (PHB) tuottamiseksi. Tämä yhdiste tarjoaa suojan oksidatiivista stressiä vastaan sekä endosymbiontille että isännälle fragmenttiensa, metyyliesteröityjen 3-hydroksibutyraatti (ME-3HB) -oligomeerien kautta. Tässä työssä olen analysoinut ME-3HB-oligomeerien tuotannosta vastaavien geenien osallistumista endofyytin kolonisaatioprosessiin. PHB-depolymeraasin (phaZ1), PHB-syntaasin (phaC) ja transkriptiotekijän (phaR) geenideleetiot osoittivat PHB:n metabolian tärkeyden kolonisaatiossa. Deleetiokanta ΔphaR tunkeutui isäntään pääasiallisesti solujen välitilojen kautta, ja ΔphaZ1-kannalla oli heikompi kolonisaatiokyky kuin kontrollilla. Deleetiokanta ΔphaC oli herkkä 10 mM HO·:lle ja 20 mM H2O2:lle, eikä päässyt männyn solukoiden sisälle, eläen pääasiassa männyn juurten ja versojen pinnoilla. Tämä tutkimus paljasti myös M. extorquens DSM13060:n mekanismin käyttää ankyriinitoistoproteiinia, Ank_2, muokkaamaan isännän tumakeskeisiä prosesseja. Ank_2-geenin deleetio esti kolonisaation männyssä sekä M. extorquens DSM13060:n ainutlaatuisen kyvyn kerääntyä isäntäsolujen tumien ympärille. Tämän seurauksena endosymbiontti ei enää lisännyt männyn taimien kasvua. Hiivan kaksoishybridimenetelmä osoitti, että Ank_2 on vuorovaikutuksessa solunulkoisen kasvin soluseinämää hajottavan entsyymin GH17b ja tumaproteiinien BCCIP, BZIP49 ja NUP54 kanssa, jotka mahdollisesti vaikuttavat kolonisaatioon ja kasvin kehitykseen. Korkearesoluutioinen sekundaari-ionimassaspektrometriatutkimus (NanoSIMS) paljasti endosymbiontin kyvyn siirtää hiili- ja typpipohjaisia yhdisteitä männyn meristemaattisiin soluihin. Tämä tutkimus täydentää kuvaa M. extorquens DSM13060:n endosymbioosista männyn kanssa yhdistämällä vuorovaikutuksen eri tasoja toisiinsa. Siten tässä ainutlaatuisessa endosymbioosissa PHB-aineenvaihdunta vaaditaan pääsyyn kasvin sisälle, Ank_2 on avainkomponentti onnistuneelle kolonisaatiolle, ja yhdisteiden vaihto vuorovaikutuksen aikana kuvaa endosymbioosin vastavuoroisuutta. Tutkimukseni männyn ja M. extorquens DSM13060 vuorovaikutuksesta on antanut uuden näkökulman kasvien symbioottisiin suhteisiin ja rohkaisee endosymbionttien käyttöä tulevaisuuden biolannoitteina.