窒素固定細菌と雄牛 - 垂直に継承された細菌共生の証拠

背景：植物系統の共生は、しばしば窒素代謝を中心に展開し、さまざまな程度の親密さを伴います。窒素固定内生菌の垂直継承の証拠は増加していますが、それは主に作物植物に限定されており、現在までに地球植物についてはそのようなシステムは報告されていません。 方法：オキサリに関連する細菌性内生菌は、最も種が豊富な地球植物属が南アフリカのケープ植物叢を形成しました。培養可能な内生菌は、3つの場所にある6つの宿主種について、表面格化された栄養植物および生殖植物器官から分離されました。さまざまな人工媒体上の微生物のコロニーは、シーケンスデータを使用して形成され、列挙され、識別されました。内生菌が種子に垂直に伝染するかどうかを判断するために、フィルター除外実験を実施し、粘液が土壌から微生物を積極的に引き付ける役割を果たし、オキサリの苗の粘液から分離された微生物の豊かさを評価するかどうかを判断しました。凍結セクションの種子の内生菌を視覚化するために、蛍光顕微鏡を実装しました。 結果：垂直に伝達された新規共生の証拠が報告されました。窒素固定および植物成長を促進するバチルス内生菌のコミュニティは、ケープの窒素欠損環境から選択されたシュウ子ホストと関連することがわかった。バチルス内生菌は、種や植物の体全体で遍在し、多様であり、種子で顕著でした。3つの一般的な窒素固定バチルスは、シュウ栄養性特性を知っており、植物の体と種子内の特殊な空洞（シュウ酸塩を含む）内に収容されているように見えます。 結論：宿主と内生菌の両方に対する垂直感染と潜在的な利益の発見は、シュウ系統合体系植物体系における特に緊密な相互主義を示唆しています。この発見は、地球植物が窒素欠乏を回避する可能性のある予期しない方法を示唆しており、そのような共生は以前に予想されるよりも一般的であることを示唆しています。

BACKGROUND: Plant-endophyte symbioses often revolve around nitrogen metabolism, and involve varying degrees of intimacy. Although evidence for vertical inheritance of nitrogen-fixing endophytic bacteria is increasing, it is confined mostly to crop plants, and to date no such system has been reported for geophytes. METHODS: Bacterial endophytes associated with Oxalis, the most species-rich geophytic genus form the Cape Flora in southern Africa was studied. Culturable endophytes were isolated from surface-sterilized vegetative and reproductive plant organs for six host species at three locations. Colonies of microbes on various artificial media were morphotyped, enumerated and identified using sequence data. Filter exclusion experiments were conducted to determine if endophytes were vertically transmitted to seeds, determine if mucilage plays a role to actively attract microbes from the soil and to assess microbial richness isolated from the mucilage of Oxalis seedlings. Fluorescent microscopy was implemented in order to visualize endophytic bacteria in cryo-sectioned seeds. RESULTS: Evidence for a novel, vertically transmitted symbiosis was reported. Communities of nitrogen-fixing and plant growth-promoting Bacillus endophytes were found to associate with selected Oxalis hosts from nitrogen-deficient environments of the Cape. Bacillus endophytes were ubiquitous and diverse across species and plant bodies, and were prominent in seeds. Three common nitrogen-fixing Bacillus have known oxalotrophic properties and appear to be housed inside specialised cavities (containing oxalates) within the plant body and seeds. CONCLUSIONS: The discovery of vertical transmission and potential benefits to both host and endophyte suggest a particularly tight mutualism in the Oxalis-endophyte system. This discovery suggests unexpected ways in which geophytes might avoid nitrogen deficiency, and suggest that such symbioses are more common than previously expected.