Rizosfer, bitki köklerini çevreleyen bölge, yoğun biyolojik ve kimyasal etkileşimlerin bir merkezidir.1. Bu bölgedeki mikrobiyal ömrüne çok dikkat edilmiştir.2virüslerin rolü şimdiye kadar büyük ölçüde göz ardı edildi. Topraktaki mikroplardan on bir kat daha fazla olan toprak virüsleri, topraktaki biyojeokimyasal süreçleri hem doğrudan hem de dolaylı olarak etkiler3konakçı hücreleri lizlandırarak veya lisogeny yoluyla konakçı metabolizmasını şekillendirerek. Rizosferin gelişmiş besin akışı ve mikrobiyal aktivitesi muhtemelen daha dinamik ve karmaşık bir ortam yaratarak virüsler ve konakçı hücreleri arasında daha güçlü etkileşimleri teşvik eder4. Bu etkileşim sadece tesadüfi değildir; Mikrobiyotanın evrimi ve ekolojisinde önemli değişiklikler yaratıyor olabilir5. Bu ilginç bir olasılık ortaya çıkarır: Virüsler rizosfer süreçlerini şekillendirmede daha önce düşünülenden daha merkezi bir rol oynayabilir mi?
Topraklarda küresel olarak bulunan toksik bir metaloid olan arsenik (AS) önemli çevresel riskler oluşturmaktadır6. Pirinç (Oryza sativa L.) AS'nin alımı, rizosferde redoks değişiklikleri olarak mikrop aracılı olarak etkilenir, burada kökleri eksüda ve oksijen salınımı yoluyla oksidasyon olarak yardımcı olan bir mikrobiyal topluluğu destekler7. Bu, pirinç rizosferini risk azaltma olarak incelemek için önemli bir model yapar8. Bununla birlikte, virüslerin biyotransformasyon olarak potansiyel etkisi bilinmemektedir. Selin, toprak mikroagregatları arasındaki bağlantıyı arttırdığı ve mikrobiyal etkileşimleri yoğunlaştırdığı göz önüne alındığında9rizosfer koşullarının virüslerin metabolizma olarak mikrobiyal etkilemedeki rolünü artırabileceğini varsaydık. Bu soru, virüsler, mikroplar ve bu kompleks ve sürekli değişen ortamda dönüşüm olarak gizli bağlantıları ortaya çıkarmayı amaçlayan araştırmamızı sürdürdü.
Çalışmamız rizosferdeki virüsler ve mikroplar arasındaki dinamik etkileşimleri araştırarak başladı. AS türlerinin ve kantitatif zaman serisi metagenomiklerinin izlenmesi yoluyla (Şekil 1) beklenmedik bir keşif yaptık: virüsle ilişkili mikroplar, daha geniş mikrobiyal topluluğa göre oksidasyon AS üzerinde çok daha fazla etkiye sahipti. En önemlisi, rizosferin, mikrobiyal aktivitenin virüs aracılı regülasyonu için potansiyel bir mekanizmaya işaret ederek, oksitleyici mikroplarla ilişkili virüslerde lizojeni tetiklediğini bulduk. Daha ileri analizler, rizosfer lizojenik virüslerinin AS oksidasyon ve fosfat ko-metabolizma genleri ve AS oksidazların kolaylaştırılmış yatay gen transferlerini (HGT'ler) zenginleştirdiğini ortaya koymuştur.
Bir sonraki büyük zorluk, oksidasyon olarak sürüşte rizosfer virüsleri ve mikroplar arasındaki etkileşimin nasıl ölçüleceğini bulmaktı. Bunun üstesinden gelmek için ilham için genom ölçekli metabolik modellere (GEMS) döndük (Şekil 2). Daha sonra oksitleyici mikroplara odaklanmak için akı dengesi analizi (FBA) kullanarak bir boru hattı geliştirdik-lizojenik virüsleri (lizojenler) ve (konakçı hücreler) olanları karşılaştırdı. Bu Silico'da Karşılaştırma, virüs güdümlü metabolik ağ olarak derin dalış yapmamızı sağladı ve virüslerin süreci etkileyebileceği gizli yollarını çözdü. Ayrıca, rizosferdeki oksijen, karbon ve fosfor seviyeleri gibi kilit çevresel faktörleri de dikkate aldık, bu da bu koşulların farklı mikrobiyal gruplar arasında oksidasyon olarak virüslerin rolünü nasıl artırabileceğini anlamamıza yardımcı oldu.
Ve işte nihayet anahtar an – rizosfer ve dökme toprağın virüslerin katkısını transformasyon olarak mikrobiyallere doğrulamak için bir deney tasarlamak (Şekil 3). Başından sonuna kadar in vitro Batch Culture Deneyleri İndüklenmiş lizojenik virüslerle, sonuçlarımız rizosfer lizojenik virüslerinin oksidasyon olarak mikrobiyalin% 25'ine katkıda bulunduğunu tahmin ediyor. Buna karşılık, dökme topraktan lizojenik yaşam tarzındaki virüsler, mikropların AS azaltma kapasitesini arttırdı.
Araştırmamız yeni bilgiler ve bitki-mikrobiyome-virüs etkileşimlerini keşfetmek için bir çerçeve sunmaktadır. Yaklaşık beş yıllık çalışmalardan sonra bulgularımız yayınlandı ve bu yolculuğun sonucunu işaret etti. Bildiğimiz kadarıyla, bu, toprak virüslerinin rizosfer süreçlerine katkısını nicel olarak değerlendiren ilk çalışmadır ve rizosfer virüslerinin AS ile ilişkili çevresel riskleri azaltma potansiyelini vurgulamaktadır.
Ama bu gerçekten yolculuğun sonu mu? Teknoloji ve bilgideki en son gelişmelerle, virüslerin, özellikle rizosfer biyojeokimyasal döngüler bağlamında rizosfer dinamikleri için güçlü bir öngörücü araç olarak hizmet edebileceğine inanıyoruz. Bu döngülerle ilgili viral ekolojik mekanizmalar hakkında daha fazla araştırma, tarımsal toprak sağlığını sürdürmek için rizosfer virüslerinden yararlanma potansiyeli açılacaktır.
Referanslar
- Korenblum, E. ve ark. Rizosfer mikrobiyomu, kök-kök sinyali ile sistemik kök metabolit eksüdasyonuna aracılık eder. Proc. Natl. Acad. Sci. Amerika 183874-3883 (2020).
- Ling, N., Wang, T. & Kuzyakov, Y. Rizosfer bakteriyome yapısı ve fonksiyonları. Nat. Komün. 131–13 (2022).
- Jansson, JK & Wu, R. Toprak viral çeşitliliği, ekoloji ve iklim değişikliği. Nat. Rev. Microbiol. 21296–311 (2023).
- Braga, Lpp & Schumacher, Ri rizosferdeki uykuda olan viromu uyandırıyor. Mol. ECOL. 322985-2999 (2023).
- Santos-Medellín, C., Blazewicz, SJ, Pett-Ridge, J., Firestone, MK & Emerson, JB viral fakat bakteriyel topluluk ardışık kalıpları, kuru toprakları yeniden ıslattıktan kısa bir süre sonra aşırı ciroyu yansıtır. Nat. ECOL. Evol. 71809-1822 (2023).
- Zhang, S. ve ark. Çin topraklarında arsenik kontaminasyon artan. Nat. Güç vermek. 1–10 https://doi.org/10.1038/s41893-024-01341-7 (2024).
- Jia, Y., Huang, H., Chen, Z. & Zhu, Y.-G. Pirinçle arsenik alımı, rizosferdeki mikrop aracılı arsenik redoks değişikliklerinden etkilenir. Çevre. Sci. Technol. 481001–1007 (2014).
- Chen, S.-C. ve ark. Büyük oksidasyon olayı, arsenik metabolizma ve bisikletin genetik repertuarını genişletti. Proc. Natl. Acad. Sci. Amerika 11710414-10421 (2020).
- Ma, B. ve ark. Biyocoğrafik kalıplar ve toprak viromlarının itici güçleri. Nat. ECOL. Evol. 8717-728 (2024).
Bir yanıt yazın