В исследовании, опубликованном в журнале New Phytologist, ученые Тропического ботанического сада Сишуанбаньна Китайской академии наук показали, что верхняя и нижняя поверхности одного дубового листа — это две принципиально разные среды обитания микроорганизмов. На освещенной солнцем верхней стороне и затененной влажной нижней обитают разные микробные сообщества, причем их состав заметно меняется в зависимости от сезона.
Авторы работы провели полевой эксперимент в смешанном лесу в центральной Германии. С весны и до осени они отслеживали бактериальные сообщества на обеих поверхностях одних и тех же листьев дуба черешчатого (Quercus robur).
Чтобы исключить генетическую изменчивость растения-хозяина, ученые работали с генетически идентичными растениями. Они сочетали высокопроизводительное секвенирование 16S рРНК с детальными измерениями характеристик листьев, включая смачиваемость, содержание пигментов и распределение устьиц.
Результаты показали, что верхняя (адаксиальная) поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного света, ультрафиолетового излучения и ветра, в то время как нижняя (абаксиальная) остается в более тенистой и влажной зоне, усеянной устьицами. Эти контрастные микросреды поддерживают совершенно разные стратегии выживания микроорганизмов.
На адаксиальной стороне обитали роды, устойчивые к стрессу, а на абаксиальной — таксоны, ферментирующие сахар, и бактерии, ассоциированные с насекомыми. Бактериальное разнообразие на обеих поверхностях оставалось сопоставимым до осени, но в конце сезона произошел резкий сдвиг: разнообразие микроорганизмов на верхней резко возросло, в то время как на нижней наблюдалось снижение как разнообразия, так и численности.
Кроме того, в начале сезона численность основных представителей сообщества различалась, но позже показатели выровнялись. Микробиомы верхнего слоя почвы оставались удивительно устойчивыми в разные времена года, в то время как обитатели нижнего слоя подвергались сильной сезонной фильтрации.
Важно отметить, что микроорганизмы нижнего слоя были тесно связаны с меняющимися физиологическими характеристиками растения-хозяина. В отличие от них, сообщества верхнего слоя почвы в значительной степени формировались под воздействием факторов окружающей среды(температура, влажность воздуха, освещенность), которые благоприятствовали устойчивым к стрессу линиям.
Наши результаты показывают, что неоднородность внутри листа является фундаментальным аспектом микробной экологии. Различая стабильные и динамические характеристики листьев, мы можем лучше понять, как фенотипы хозяина влияют на микробные сообщества и их реакцию на изменения окружающей среды