Aktywacja elongacji korzeni Arabidopsis thaliana z udziałem szczepu Sporobolomyces ruberrimus jako przykład roli endofitów w promowaniu wzrostu roślin

Mikroorganizmy glebowe odgrywają kluczową rolę w procesie wzrostu i rozwoju roślin. Udostępnianie związków mineralnych, biosynteza regulatorów wzrostu czy też hamowanie rozwoju patogenów roślinnych stanowią główne strategie promowania wzrostu roślin z udziałem PGPM. Wykazano, iż Sporobolomyces ruberrimus stymuluje wzrost rośliny m.in. poprzez oddziaływanie na proces elongacji komórek korzenia, co szczególnie widoczne jest w przypadku komórek włośnikowych. Promowanie elongacji komórek włośnikowych z udziałem endofita przyczynia się do znacznej rozbudowy powierzchni chłonnej korzenia, tym samym sprzyja wydajniejszemu poborowi wody i związków mineralnych z gleby.Synergistyczne działanie etylenu (ET) oraz auksyn (IAA) jest niezbędne dla prawidłowego rozwoju strefy włośnikowej korzenia. Z kolei z przeprowadzonych w ostatnim czasie badań wynika, że podczas interakcji pomiędzy rośliną a S. ruberrimus dochodzi do zmian na poziomie fitohormonalnym z uwagi na fakt, iż zarówno zaburzenie sygnalizacji zależnej od IAA jak i zależnej od ET skutkuje brakiem promowania elongacji komórek włośnikowych z udziałem badanego endofita (A. Domka, niepublikowane).Analiza mutantów A. thaliana ujawniła, iż pojedyncze receptory etylenowe nie odgrywają kluczowej roli w rozwoju interakcji pomiędzy rośliną a S. ruberrimus w kontekście elongacji komórek korzenia. Inokulacja mutanta rhd6 nie odwróciła jego bezwłośnikowego fenotypu, co sugeruje, iż S. ruberrimus nie oddziałuje na sam proces różnicowania włośników. Z kolei eksperyment z zastosowaniem inhibitora polarnego transportu auksyn (NPA) ujawnił istotną rolę prawidłowej dystrybucji IAA w korzeniu w kształtowaniu strefy włośnikowej z udziałem badanego endofita. Wykazano także, iż w przypadku innego ekotypu A. thaliana – Ler-0 nie dochodzi do wzmożonej elongacji włośników z udziałem S. ruberrimus. Na poziomie ekspresji genów wykazano zróżnicowaną odpowiedź ekotypów: Col-0 i Ler-0 na inokulację. Tylko u ekotypu Col-0 dochodziło do dodatniej regulacji ekspresji głównych czynników zaangażowanych w elongację włośników tj. RSL2 i RSL4, a których ekspresja regulowana jest zarówno przez IAA jak i ET. Z kolei jedynie u ekotypu Ler-0 dochodziło do dodatniej regulacji ekspresji kinazy PINOID stanowiącej negatywny regulator sygnalizacji auksynozależnej. Uzyskane wyniki wydają się potwierdzać istotną rolę sygnalizacji zależnej od IAA i/lub ET w oddziaływaniu endofita na wzrost komórek korzenia.

Soil microorganisms play a key role in plants growth and development. The main strategies by which PGPM promote plants growth are increasing availability of minerals, growth regulators biosynthesis and inhibiting development of plant pathogens. It was found that Sporobolomyces ruberrimus promotes plant growth by stimulating root cell elongation, particularly in regard to root hairs. Endophyte-dependent stimulation of root hair elongation contributes to extension of root’s absorptive area thus facilitating a more efficient water and minerals uptake from the soil. Synergistic action of ethylene (ET) and auxin (IAA) is crucial for the proper development of the root hair zone. In turn, recent studies show that during the interaction between the plant and S. ruberrimus the phytohormonal changes occur. Both IAA- and ET-dependent signaling disturbance results in a lack of endophyte-dependent promotion of hair cell elongation (A. Domka, unpublished).Analysis of A. thaliana mutants revealed that single ethylene receptors do not play a relevant role in development of interaction between the plant and S. ruberrimus in terms of root cell elongation. Inoculation of rhd6 mutant did not reverse its hairless phenotype, this suggests that endophyte does not affect root hair differentiation process itself. The experiment with polar auxin transport inhibitor (NPA) revealed the important role of the IAA proper distribution in the roots in shaping the root hair zone by S. ruberrimus. It has also been shown that in case of another ecotype of A. thaliana – Ler-0 there is no endophyte-dependent stimulation of root hair elongation. At the level of gene expression, the response of ecotypes: Col-0 and Ler-0 was also differentiated. Only in Col-0 ecotype, the expression of the main factors involved in the root hair elongation, i.e. RSL2 and RSL4 was up-regulated upon inoculation. In addition, the expression of those proteins is regulated in IAA and ET-dependent way. In turn, only in Ler-0 ecotype the expression of negative regulator of IAA-dependent signaling, i.e. PINOID kinase was up-regulated. The results seems to confirm important role of IAA and/or ET-dependent signaling in the effects of the endophyte on root cell growth.