Исследователи использовали новый высокопроизводительный конвейер зондирования стабильных изотопов (HT-SIP) и метагеномику, чтобы впервые взглянуть на активный микробиом, окружающий полезный растительный симбионт, арбускулярные микоризные грибы (AMF). Фото: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса.
Связь идентичности диких микробов с их физиологическими особенностями и экологическими функциями является ключевой целью микробиологов-экологов. Из методов, направленных на достижение этой цели, зондирование стабильными изотопами (SIP) считается наиболее эффективным для изучения активных микроорганизмов в естественных условиях.
Ученые Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) разработали новый метод — высокопроизводительный SIP — который автоматизирует несколько этапов в процессе зондирования стабильных изотопов, позволяя исследовать микробную активность микроорганизмов в реалистичных условиях без необходимости лабораторного культивирования.
В SIP активные микробы идентифицируются путем включения стабильных изотопов в их биомассу. Это один из самых мощных методов микробной экологии, поскольку он позволяет идентифицировать активные микробы и их физиологические особенности (использование субстрата, клеточная биохимия, метаболизм, рост, смертность) в сложных сообществах в нативных условиях.
Как правило, метод SIP требует значительного практического труда и позволяет получить лишь небольшое количество образцов. Но новый метод LLNL требует в шесть раз меньше ручного труда по сравнению с ручным SIP и позволяет обрабатывать 16 образцов одновременно.
«Наш полуавтоматический подход сокращает время оператора и улучшает воспроизводимость за счет наиболее трудоемких этапов SIP», — сказала ученый LLNL Эрин Нуччио и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Microbiome. «Сейчас мы использовали этот подход для обработки более тысячи образцов, в том числе из очень недостаточно изученных почвенных микросред обитания».
Одной из таких микросред обитания является почва, непосредственно окружающая ткани микоризы — типа грибов, вступающих в симбиотические отношения с 72% всех наземных растений. В обмен на растительный углерод гриб (арбускулярные микоризные грибы) снабжает своих хозяев необходимыми ресурсами, такими как азот, фосфор и вода.
В этом исследовании, подтверждающем концепцию, авторы продемонстрировали «пищевую сеть» взаимодействий, стимулируемых микоризными грибами в почве.
«Мы считаем, что это основной путь широкого распространения растительного углерода в почве. Почва содержит самый большой пул активно циклически вращающегося органического углерода на планете», — сказала соавтор Дженнифер Петт-Ридж, руководитель проекта LLNL и глава научного отдела Министерства энергетики «Микробы сохраняются». . «Мы секвенировали небольшое количество ДНК, определили активные организмы, а затем реконструировали их геномы и потенциальные взаимодействия».
Среди других авторов LLNL Стивен Блажевич, Марисса Лафлер, Эшли Кэмпбелл, Джеффри Кимбрел, Джессика Воллард, Рэйчел Хестрин, а также исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Объединенного института генома Министерства энергетики и Калифорнийского университета в Беркли.