Jordens mikrober husker tørke – og hjælper planter med at håndtere den bedre

Mikroorganismer i jorden kan huske tidligere tørkeperioder, og det påvirker planters evne til at klare vandmangel selv mange generationer senere. Det tyder især på, at hjemmehørende arter bliver hjulpet mere af mikroorganismerne end domesticerede/invasive plantearter.

Et nyt studie offentliggjort i tidsskriftet 'Nature Microbiology' dykker dybere ned i, hvilke mekanismer der spiller bag denne såkaldte legacy effect - eller arveeffekter - i jordens mikrobiom.

Begrebet dækker over, at bakterier, svampe og andre mikroorganismer formes af de klimatiske forhold, de gennem lang tid har været udsat for, og at denne historik kan få betydning for planters vækst og stressrespons. Studiet er særligt relevant, i en tid hvor klimaforandringer har øget hyppigheden og intensiteten af tørkeperioder.

"De bakterier, svampe og andre organismer, der lever i jorden, kan faktisk have vigtige effekter på ting som kulstoflagring, næringsstofomsætning og det, vi er særligt interesserede i: arv-effekter på planter," siger studiets medforfatter Maggie Wagner, lektor i økologi og evolutionsbiologi ved University of Kansas.

Selvom arv-effekter tidligere er observeret, er mekanismerne bag dem langt fra klarlagt.

"Vi forstår faktisk ikke, hvordan arv-effekter virker," siger hun.

"For eksempel hvilke mikrober der er involveret på genetisk niveau, og hvordan fungerer det? Hvilke bakterielle gener bliver påvirket? Vi forstår heller ikke, hvordan dette aftryk fra klimaet bevæger sig gennem jorden til mikroberne og derefter videre til planten."

Målbart efter tusindvis af generationer

Forskerholdet indsamlede jord fra seks steder i den amerikanske delstat Kansas; fra de mere nedbørsrige egne i øst til de højere og tørrere High Plains i vest, som ligger i læ af Rocky Mountains. Formålet var at undersøge, hvordan mikrobiologiske arv-effekter varierer langs en tydelig nedbørsgradient.

Planterne blev dyrket i et laboratorie i forskellige mikrobielle fællesskaber, der blev udsat for enten rigelig vanding eller meget begrænset vand i fem måneder, hvorefter forskerne målte planternes respons og vækst.

Resultaterne viste, at mikrobernes tørkehukommelse kunne spores, selv efter tusindvis af bakteriegenerationer. For at teste betydningen af plantearter sammenlignede forskerne én afgrøde – majs – med en hjemmehørende art præriegræs. Selvom der skal undersøges flere arter for at bekræfte mønsteret, peger resultaterne på, at hjemmehørende planter i højere grad er tilpasset lokale mikrobielle samfund.

"Noget af det mest interessante, vi så, var, at den mikrobielle arv-effekt var meget stærkere hos planter, der var hjemmehørende netop dér, end hos planter, der kom andre steder fra og var plantet af landbrugsmæssige årsager," siger Maggie Wagner.

Forskerne mener, at det kan hænge sammen med, at præriegræsset har udviklet sig evolutionært sammen med disse mikrobielle fællesskaber, hvilket majs ikke har, da det "kun" har været i området i få tusinde år.

Spor i planternes gener

Ud over plantevækst analyserede forskerne også genaktiviteten i både mikrober og planter for at forstå de underliggende mekanismer.

"Det gen, der begejstrede os mest, hedder nicotianamin-syntase. Det producerer et molekyle, der primært hjælper planter med at optage jern fra jorden, men som også er blevet sat i forbindelse med tørketolerance hos nogle arter. I vores analyser aktiverede planten dette gen i forbindelse med tørke, men kun når den blev dyrket med mikrober, der havde en hukommelse for tørre forhold. Plantens respons på tørke afhang af mikrobernes hukommelse, hvilket vi fandt fascinerende."

Studiet er resultatet af et tværfagligt samarbejde mellem forskere fra USA, Storbritannien, Mexico og Kap Verde.