Habitat effects on the microbiome and ionome of selected hyperaccumulating pennycress species (Noccaea spp.)

Hiperakumulacijske rastline odlikuje toleranca in kopičenje sicer strupenih koncentracij (pol)kovin, vloga mikrobioma pri tem fenomenu pa še ni v celoti opisana. V Sloveniji uspevata dve vrsti, ki hiperakumulirata cink (Zn) in kadmij (Cd): Noccaea caerulescens in N. praecox. Obe vrsti uspevata na neonesnaženem rastišču v Lokovcu, vrsta N. praecox pa uspeva tudi na rastišču v Žerjavu, kjer so tla močno onesnažena s Zn, Cd in svincem (Pb). Namen raziskave je bil proučiti mikrobiom, transkriptom, metabolom in kopičenje Zn in Cd ter ugotoviti vpliv gostitelja in okolja na odzive rastlin v naravi in kontroliranih pogojih. Raziskava je obsegala dva sklopa poskusov: (i) naravne populacije obeh vrst z neonesnaženega rastišča ter vrsto N. praecox z onesnaženega rastišča in (ii) transplantacijski poskus, kjer smo semena obeh ekotipov vrste N. praecox posadili v lokovški in žerjavski substrat. Pri obeh poskusih smo vzorčili cele rastline, vključno s koreninami in rizosfero ter izvedli analize talnega mikrobioma, transkriptoma in metaboloma v listih ter določili koncentracijo in razporeditev Zn, Cd in Pb v listih. Pri naravnih populacijah se mikrobioma rizosfere in korenin obeh vrst, ki uspevata na neonesnaženem rastišču, nista razlikovala, medtem ko sta bila mikrobioma ekotipov vrste N. praecox taksonomsko in funkcionalno različna. Analiza transkriptoma in metaboloma v listih je pokazala izraženost genov in akumulacijo metabolitov povezanih z visokimi koncentracijami kovin v tleh, kot so metabolizem glutationa, biosinteza fenilpropanoida ter flavonoidov. Ugotovili smo, da je bila izraženost nekaterih genov in akumulacija določenih metabolitov bodisi vrstno bodisi okoljsko specifična. V transplantacijskem poskusu je presaditev na drugi tip tal povzročila spremembo v pestrosti in zastopanosti mikrobnih taksonov, predvsem v rizosferi. V onesnaženem substratu smo v listih lokovškega ekotipa izmerili večje koncentracije Zn kot v listih žerjavskega ekotipa, pri čemer so bile opazne tudi razlike v razporeditvi Zn po listih. Rezultati obeh poskusov kažejo na kompleksnost hiperakumulacije ter poudarjajo pomembno vlogo ekotipa za optimizacijo fitoremediacije.