홀로기생충인 Cistanche phelypaea(Orobanchaceae)의 종자 내생 박테리아의 다양성과 잠재적인 식물 성장 촉진 능력

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11835(2023) 이 기사 인용

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염습지는 광범위한 생태학적 기능을 지닌 매우 역동적이고 생물학적으로 다양한 생태계입니다. 우리는 포르투갈 이베리아 반도의 해안 염습지에서 자라는 홀로기생 Cistanche phelypaea의 표면 살균된 종자의 내생 박테리아 군집을 조사했습니다. C. phelypaea는 이러한 서식지에서 보고된 Cistanche 속의 유일한 대표종입니다. 높은 처리량의 시퀀싱 방법을 사용하여 속 수준에서 23개의 박테리아 문과 263개의 다른 OTU가 발견되었습니다. Phyla Proteobacteria와 Actinobacteriota에 속하는 박테리아 균주가 지배적이었습니다. 또한 일부 새로 분류되거나 발견되지 않은 박테리아 문, 분류되지 않거나 탐구되지 않은 분류 그룹, 공생 고세균 그룹이 C. phelypaea 종자에 서식했습니다. γ-프로테오박테리아(γ-Proteobacteria)는 가장 다양한 계통발생 그룹이었습니다. Bacilli, Actinomycetes, α-, γ- 및 β-Proteobacteria에 속하는 63개의 박테리아 균주와 분류되지 않은 박테리아를 분리했습니다. 우리는 또한 분리주의 시험관 내 PGP 특성과 내염성을 조사했습니다. 악티노박테리아(Actinobacteria) 중에서 Micromonospora spp. 씨앗에서 가장 유망한 내생 식물을 보여주었습니다. 종합해 보면, 그 결과는 종자에 염분 스트레스가 숙주 식물에 미치는 악영향을 완화시키는 역할을 할 수 있는 내염성 박테리아 균주가 서식하고 있음을 나타냅니다. 향후 연구에서 이러한 박테리아는 새롭고 독특한 생리 활성 화합물의 잠재적인 공급원 또는 새로운 박테리아 종으로 평가되어야 합니다.

높은 생물학적 생산성, 지구 온실가스 배출에 대한 기여, 영양분 순환에 대한 참여로 인해 습지는 매우 가치 있는 생태계로 간주됩니다. 염습지는 주기적인 홍수와 높은 염도, 영양분 수준, 초식동물 밀도, 해수면 상승 등 혹독한 환경 조건을 특징으로 하는 독특한 습지 시스템입니다. 그들은 호염성 식물을 품고 있습니다1,2. 이러한 생태계는 환경에서 예측 가능한 산성화와 높은 염도를 보이는 지배적인 거대 식물의 수가 적다는 특징이 있습니다3. 해안 염습지에서 자라는 식물은 항균, 효소, 식물 성장 촉진(PGP) 및 생분해 특성에 대한 큰 잠재력을 지닌 식물 관련 박테리아의 미개발 공급원입니다3. 그러한 염습지에서는 홀로기생하는 Cistanche phelypaea(Orobanchaceae)가 우리의 특별한 관심을 끌고 있습니다. Cistanche 속은 약 25종을 포함하며 주로 유라시아와 북아프리카 전역의 건조, 반건조 및 염생 서식지에서 발견됩니다4. 이 속에 속하는 대부분의 종은 성장을 위해 극단적인 건조한 기후, 척박하고 척박한 토양, 큰 기온 변동, 집중적인 일조량, 낮은 연간 강수량 등 특별한 환경 조건을 필요로 합니다5. 절대뿌리 기생충인 C. phelypaea는 분포 지역이 제한되어 있으며 포르투갈과 스페인 대서양 연안의 염습지 고유종입니다6,7,8.

진화하는 동안 절대뿌리 홀로기생하는 Orobanchaceae는 뿌리와 색소체가 손실되고9,10 토양에서 수년 동안 생존 가능한 극도로 작은 종자가 대량 생산되는 등 다양한 변형을 겪었습니다11,12. 홀로기생성 Orobanchaceae 종자의 주요 저장물질은 지질이다13. 홀로기생 식물의 생활사에서 중요한 단계는 종자 발아, 바람직한 숙주에 도달, 영양분에 대한 접근 및 새로운 세대의 발달입니다14. 숙주의 신호를 받으면 씨앗이 발아하기 시작합니다. 그 후, 발아하는 종자는 숙주 혈관계에 침투하는 하우스토리아(haustoria)라는 특수 기관을 발달시킵니다. 이러한 haustoria holoparasitic 종자를 통해 숙주의 물과 영양분에 도달할 수 있습니다15,16.

숙주-기생충 상호작용에서 염습지의 극한 조건은 두 파트너 모두에게 어려운 일입니다. C. phelypaea는 염생 식물의 뿌리에 기생합니다6. 따라서 홀로기생충은 염분 토양의 비생물적 조건, 토양 용액의 높은 삼투압에 대한 방어 메커니즘을 보유해야 하며 숙주 식물의 내염성 특성에도 대처할 수 있어야 합니다. 기생 식물은 염분 스트레스에 직접적으로나 간접적으로 영향을 받습니다. 뿌리 기생충은 토양 접촉이 매우 제한되어 있지만 숙주의 신진대사를 통해 염분 스트레스에 간접적으로 영향을 받습니다. 자연 서식지에서 대부분의 Cistanche 종은 숙주가 그러한 서식지에 축적하는 영양분 함량이 높기 때문에 스트레스 조건에서 자라는 숙주를 선호합니다. 염분 스트레스는 C. phelypaea 종자의 발아를 직접적으로 억제하고 발아 자극제의 농도에 크게 의존하는 숙주 신호의 변화를 통해 억제합니다. 염분에 대한 기생충의 반응 메커니즘은 아직 명확하지 않습니다. 일부 Orobanchaceae는 다량의 폴리올을 축적하는 것으로 밝혀졌습니다20. 나무에 기생하는 반기생 Viscum album(겨우살이)은 숙주로부터 폴리올을 적극적으로 흡수하고 숙주 특이적 폴리올 프로필을 개발하는 것으로 보고되었습니다21. 더 높은 염분 농도에서 애기장대에 기생하는 Cuscuta campestris는 l-프롤린을 축적하고 이러한 방식으로 감염되지 않은 식물과 비교하여 숙주의 염분 농도를 감소시킵니다.