How plants recruit their microbiome? New insights into beneficial interactions

Resumo

Pesquisas sobre mecanismos benéficos de microbiomas associados a plantas, como estimulação do crescimento vegetal e proteção contra patógenos vegetais, têm ganhado considerável atenção nas últimas décadas; no entanto, os mecanismos utilizados pelas plantas para recrutar seu microbioma são amplamente desconhecidos. Aqui, revisamos os estudos mais recentes que começaram a revelar estratégias de plantas no recrutamento seletivo de microbiomas benéficos e como elas conseguem excluir potenciais patógenos. Examinamos como as plantas atraem microbiotas benéficas das principais áreas de interação, como rizosfera, endosfera e filosfera, e demonstramos que tal processo ocorre pela produção de exsudatos radiculares e pelo reconhecimento de moléculas produzidas pela microbiota benéfica, ou pela distinção de patógenos usando receptores específicos, ou ainda pelo disparo de sinais que sustentam a homeostase planta-microbioma. Em segundo lugar, analisamos os principais fatores ambientais ou bióticos que modulam a estrutura e a dinâmica sucessional das comunidades microbianas. Por fim, revisamos como o microbioma associado é capaz de interagir com outros micróbios sinérgicos, fornecendo, assim, um elemento adicional de seleção. Coletivamente, este estudo revela a importância de compreender a complexa rede de interações entre plantas, o que melhorará a compreensão da aplicação de bioinoculantes na agricultura, com base em um microbioma que interage eficientemente com os órgãos das plantas sob diferentes condições ambientais.

Abstract

Research on beneficial mechanisms by plant-associated microbiomes, such as plant growth stimulation and protection from plant pathogens, has gained considerable attention over the past decades; however, the mechanisms used by plants to recruit their microbiome is largely unknown. Here, we review the latest studies that have begun to reveal plant strategies in selectively recruiting beneficial microbiomes, and how they manage to exclude potential pathogens. We examine how plants attract beneficial microbiota from the main areas of interaction, such as the rhizosphere, endosphere, and phyllosphere, and demonstrate that such process occurs by producing root exudates, and recognizing molecules produced by the beneficial microbiota or distinguishing pathogens using specific receptors, or by triggering signals that support plant-microbiome homeostasis. Second, we analyzed the main environmental or biotic factors that modulate the structure and successional dynamics of microbial communities. Finally, we review how the associated microbiome is capable of engaging with other synergistic microbes, hence providing an additional element of selection. Collectively, this study reveals the importance of understanding the complex network of plant interactions, which will improve the understanding of bioinoculant application in agriculture, based on a microbiome that interacts efficiently with plant organs under different environmental conditions.