En resa över generationer - Växtmikrobiomets nedärvning via fröet

Vad definierar oss och andra levande organismer bäst: arv eller miljö? Den frågan försöker forskare på bland annat Leibniz Institute och institutionen för ekologi, miljö och botanik (DEEP) få ytterligare en pusselbit till, i en nyligen publicerad studie.

Först nyligen kunde forskare bevisa experimentellt att även mikroorganismer kan ärvas från en växtgeneration till nästa via fröet. Artikeln From seed to seed: the role of microbial inheritance in the assembly of the plant microbiome, som precis har publicerats i tidskriften Trends in Microbiology, undersöker processen för mikrobiellt arv via fröet mer i detalj och identifierar faktorer som väsentligt påverkar sammansättningen av växtmikrobiomet. 
Experimentella studier tyder på att växter inte bara ärver genetiska egenskaper med sina frön, utan också en komplext mikrobiom bestående av svampar, bakterier och arkéer.

Foto: Franziska Jauernegger

"Kunskapen om det mikrobiella arvet gör att forskare världen över kan utveckla en helt ny förståelse av den naturliga världen och öka vår förmåga att påverka den. Naturligtvis har växtmikrobiomer en enorm inverkan på växternas hälsa, resistens, tillväxt och till och med näringsämnen. Tyvärr vet vi väldigt lite om hur dessa samhällen av mikroorganismer hittar sin väg från en växtgeneration till nästa!” säger Ahmed Abdelfattah, gruppledare för Microbiome Management vid Leibniz Institute for Agricultural Engineering and Bioeconomy och försteförfattare till studien. 2021 kunde han och hans kollegor för första gången experimentellt demonstrera mikrobiellt arv via fröet.

Han tittade därför närmare på mikrobiellt arv i växter tillsammans med sina kollegor från Stockholms universitet, Graz tekniska högskola och Potsdams universitet. I sin nypublicerade artikel delar de in nedärvningsprocessen i tre stadier: från växt till frö, frövila och frö till fröplanta och belyser de faktorer som påverkar den mikrobiella överföringen i varje steg.

Foto: Abdelfattah Ahmed

I det första stadiet från växt till frö, är växtarten, dess miljöförhållanden under frömognad och dess reproduktionsform de faktorerna som påverkar mest. I det andra steget spelar bland annat typen av och utformningen av frödvala en central roll eftersom mikrobiomet av frön som måste lagras tillfälligt fungerar annorlunda än mikrobiomet hos ett frö som naturligt vilar innan det börjar gro. Under groningen måste mikroorganismerna i sin tur leta sig in i rätt växtvävnad, där smittvägar men även genetiska faktorer kan vara viktiga.
”Om vi förstår hur mikrobiellt arv fungerar och hur vi kan påverka det, finns det en enorm potential för tillämpningar. Vi skulle kunna återställa ekosystemen och optimera jordbruket genom att till exempel överföra nyttiga mikroorganismer till frön genom ett täckande lager eller genom att införliva mikrobiomet i lagringsförhållanden eller arbetsprocesser”, avslutar Ahmed Abdelfattah.
Läs hela vetenskapliga publikationen “From seed to seed: the role of microbial inheritance in the assembly of the plant microbiome lays an important foundation for future research on microbial inheritance” här.