Ich habe ein Problem angepackt. Hin und wieder werde ich gefragt: „Was ist Botanik?“ Es ist einfach zu beantworten, es ist die Wissenschaft der Pflanzen – aber es ist keine sehr befriedigende Antwort. Es gibt Botaniker, die mit Pflanzen arbeiten, aber es gibt noch viel mehr, die mit Zellen, Krankheitserregern oder ganzen Ökosystemen arbeiten. Botaniker müssen mit viel mehr als Pflanzen arbeiten können. Es wäre vielleicht besser zu sagen, dass Botanik eine Wissenschaft ist, die mit Pflanzen beginnt. Kürzlich ist ein Artikel erschienen, der dies schön illustriert. Molekulare Netzwerke in pflanzenpathogenen Holobionten von Nobori, Mine und Tsuda brachten mir ein neues Wort näher, das etwas davon einfängt – Holobiont.

Was ist ein Holobiont?

Wir müssen mit Symbiose beginnen. Symbiose beschreibt eine Beziehung zwischen zwei oder mehr Organismen. Ein naheliegendes Beispiel für Botaniker ist die Symbiose zwischen Mykorrhizapilzen und Pflanzen. Pilze verbinden sich mit den Wurzeln von Pflanzen. Sie geben Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor weiter und die Pflanzen geben im Gegenzug Zucker an die Pilze weiter. Durch den Austausch von Ressourcen profitieren beide Organismen von der Beziehung. Die beiden Organismen sind Symbionten, und das Ganze ist ein Holobiont.

Es ist nicht nur eine gegenseitige Symbiose, die einen Holobionten hervorbringt. Bordstein und Theis definieren einen Holobionten als „jede Makrobe und ihre zahlreichen mikrobiellen Partner“. Dazu gehören Parasiten und Krankheitserreger. Es mag eine ziemlich weit gefasste Definition erscheinen. Pitlik und Koren stellen fest: „Alle Menschen, Tiere und Pflanzen sind Holobionten.“ Wenn das der Fall ist, was bedeutet dann das Wort Holobiont Erzähl uns?

Der Unterschied zwischen einem Holobionten und einer Ansammlung von Organismen

Der Grund, warum ein Holobiont ein nützliches Konzept ist, liegt nicht nur darin, dass ein Organismus mit anderen Organismen zusammenlebt, sondern auch in der Art der Interaktion zwischen ihnen. Wenn eine Kuh Gras frisst, ist sie kein Holobiont, weil – abgesehen davon, dass einer den anderen frisst – nicht viel Interaktion stattfindet. In ihrer Arbeit zeigen Nobori und Kollegen, dass zwischen Pflanzen und Krankheitserregern etwas anderes vor sich geht.

Einige Mikroben sehen Pflanzen als Ziel. Sie sind eine Ressource, die geplündert werden muss, um die Reproduktion zu ermöglichen. Den Pflanzen wäre es lieber, wenn das nicht passiert. Also wenn a Erreger greift dann die Pflanzenzellen frei Phytohormone um Hilfe rufen. Das ist nicht gut für den Krankheitserreger, also senden Krankheitserreger ihre Signale in die Pflanze, um die Fähigkeit der Pflanze, auf den Angriff zu reagieren, zu verwirren oder zu verwirren. Es ist ein nützliches Werkzeug, um auszulösen, wenn Sie etwas zum Angreifen finden. Was Nobori et al.s Papiernotizen besagen, dass Pflanzen in diesem Fall nicht passiv sind.

Eines der zentralen Merkmale eines Erregerangriffs ist Quorum Sensing, oft mit QS abgekürzt. Wenn Bakterien einen Angriff starten, setzen sie chemische Signale frei. Diese Signale ermöglichen es Bakterien, miteinander zu „sprechen“. Selbst wenn ein Bakterium selbst keine Gelegenheit wahrnimmt, wenn genügend andere Bakterien vorhanden sind, beginnt es, die Werkzeuge zu produzieren, die es zum Angriff benötigt. Quorum Sensing ermöglicht es Bakterien, den Vorteil zu nutzen, wenn sie angreifen, bevor die Pflanze reagieren kann.

Noboris Team stellt fest, dass, wenn Pflanzen freigesetzt werden Salicylsäure (SA) und γ-Aminobuttersäure (GABA), die Chemikalien können ein Quorum-Quenching-System auslösen, wie es bei einigen Krankheitserregern der Fall ist Agrobacterium tumefaciens. Sie diskutieren auch, wie eine durch Muster ausgelöste Immunität durch die Pflanzen die Fähigkeit reduzieren kann Effektoren vom Typ Drei von Bakterien eingesetzt, um Proteine ​​in Zielzellen zu injizieren. Brechen Sie solche Systeme und Sie reduzieren die Virulenz des Angreifers.

Ein Holobiont als Einheit gemeinsamer Ressourcen?

Für Nobiri und Kollegen schmälert die Existenz eines Holobionten nicht die Vorstellung, dass sich Pflanzen und Krankheitserreger entwickeln. Tatsächlich argumentieren sie, dass beide sehr gerne ihre eigenen molekularen Signalnetzwerke hätten. Allerdings möchten sie auch beide die Signalisierung des anderen stören. Das Ergebnis ist, dass die beiden Parteien effektiv ein Supernetzwerk schaffen, über das sie um die Kontrolle kämpfen. Anstelle von zwei Signalisierungsnetzwerken wird eines, das unfreiwillig zwischen dem Angreifer und dem Verteidiger geteilt wird.

Auch die Idee des Teilens kommt zum Vorschein Eine Tansley-Rezension von Vandenkoornhuyse et al. Sie argumentieren: „Pflanzenmikrobiota können als eine unterstützende Komponente angesehen werden, die dem Wirt zusätzliche Gene zur Verfügung stellt, die an der Anpassung an lokale Umweltbedingungen beteiligt sind.“ Das bedeutet, wenn Sie die Pflanze in freier Wildbahn studieren, sehen Sie nicht nur die Pflanze, sondern auch das Ergebnis der vielen Wechselwirkungen, die die Pflanze mit der Umgebung hatte microbiota.

Diese Art des Übersprechens ist derzeit ein heißes Thema. Eine der jüngsten Zeitungen, die auf Twitter viel Aufmerksamkeit erregt hat, war Pflanzen senden kleine RNAs in extrazellulären Vesikeln an Pilzpathogene, um Virulenzgene auszuschalten von Cai et al. Cai und Kollegen fanden diese Pflanzen oder zumindest Arabidopsis thaliana kann die Virulenz eines Angreifers verringern, oder Botrytis cinerea zumindest per Versand kleine RNAs (sRNAs) ein Exosomen. Dies folgt einer Menge Arbeit von Leuten, die das finden sRNAs werden von Krankheitserregern produziert, um Pflanzen zu stören. So RNA wird auf beiden Seiten zum Teil eines Kampfes verwendet. Allerdings weder Cai et al. (2018), Weiberg und Jin (2015) oder Wang et al (2016) verwenden das Holobiont-Konzept.

Ich kann sehen, warum. Diese Autoren interessieren sich alle für den Pflanzen-Pathogen-Kampf. Wenn Sie etwas studieren, bei dem eine Seite versucht, die andere zu töten, ist es ein ziemlicher Sprung, sie durch eine Linse der Symbiose zu betrachten. Ich frage mich jedoch, ob das Verständnis der Pflanzen-Mikroben-Kommunikation in einem breiteren Kontext als Holobiont neue Ansätze für die Untersuchung von Pflanzen-Pathogen-Konflikten vorschlagen könnte. Dieser Kontext gefällt mir an Nobiri et al.s Papier. Es fügt der Arbeit anderer Menschen einen Kontext hinzu. Wenn sich die Holobionten-Idee als erfolgreich erweist, dann löscht oder negiert sie andere Arbeiten nicht, aber es bedeutet, dass frühere Arbeiten auf eine Weise mit anderen Forschungsarbeiten in Beziehung stehen, wie es vorher nicht der Fall war.