Перекрытие метаболических ресурсов влияет на конкуренцию среди бактерий филлосферы

Филлосфера плотно заселена микроорганизмами, несмотря на скудные и неравномерно распределённые ресурсы. Ограничение ресурсов, как ожидается, стимулирует бактериальную конкуренцию, приводя к вытеснению или сосуществованию в зависимости от различий в фитнесе и перекрытия ресурсов между отдельными колонизаторами. Мы изучали влияние конкуренции за ресурсы, определяя эффекты различных бактериальных колонизаторов на рост модельного эпифита Pantoea eucalypti 299R (Pe299R). Перекрытие ресурсов было предсказано с помощью моделирования метаболизма в масштабе геномов. Комбинируя результаты метаболического моделирования и парных конкуренций в филлосфере Arabidopsis thaliana и in vitro, мы установили, что десяти ресурсов достаточно для объяснения фитнеса Pe299R. Как перекрытие ресурсов, так и филогенетические отношения влияли на результаты конкуренции in vitro и в филлосфере. Однако эффекты конкуренции за ресурсы были значительно слабее в филлосфере по сравнению с in vitro экспериментами. При исследовании динамики роста и репродуктивного успеха на уровне отдельных клеток перекрытие ресурсов и филогенетические отношения лишь слабо коррелировали с репродуктивным успехом эпифитного Pe299R, что указывает на то, что пространственная гетерогенность листа смягчает конкуренцию за ресурсы. Несмотря на слабую корреляцию, присутствие конкурентов привело к появлению субпопуляций Pe299R, переживавших разные жизненные траектории и различное число делений клеток. В некоторых конкуренциях in planta Pe299R извлекал выгоду из присутствия эпифитов, несмотря на сильное перекрытие ресурсов с конкурирующим штаммом, что предполагает наличие других факторов, оказывающих более сильное влияние, чем ресурсная конкуренция. Это исследование даёт фундаментальные представления о формировании бактериальных сообществ в гетерогенных средах и предлагает рамки для прогнозирования исходов конкуренции.