Научный взгляд: исследователи расшифровали коммуникацию между растениями и грибами

Ученые Университета Торонто в новом исследовании раскрыли код общения между растениями и грибами.

Используя пекарские дрожжи, исследователи обнаружили, что растительный гормон стриголактон (SL) активирует грибковые гены и белки, связанные с метаболизмом фосфатов — системой, которая является ключевой для роста. Понимание того, как грибы реагируют на химические сигналы на молекулярном уровне, может создать новые стратегии выращивания более выносливых культур и борьбы с грибными патогенами.

В почвенных условиях корни растений общаются с грибами на молекулярном «языке». Выделяя стриголактон, растения дают сигнал грибам прикрепиться к их корням. Грибы обеспечивают растения необходимыми для их роста фосфатами в обмен на углерод. От этих симбиотических отношений зависят 80% растений, и усиление этого взаимодействия с полезными грибами может привести к росту урожая, сокращению использования удобрений и минимизации стока фосфатов в водные объекты.

В других случаях фитопатогенные грибы могут использовать химические сигналы для заражения сельскохозяйственных культур, иногда уничтожая весь урожай. Понимание химического языка взаимодействия также может помочь блокировать опасные патогены. Из-за сложности почвенной экосистемы ученые не могли определить конкретные химические вещества, которые стимулируют полезные грибки, и влияние этих сигналов.

В ходе исследования дрожжи обрабатывали стриголактоном и наблюдали, какие гены выключались и включались в ответ. Было обнаружено, что этот химический сигнал увеличивает экспрессию генов, связанных с метаболизмом фосфатов. Дальнейший анализ показал, что стриголактон действует через белок на поверхности дрожжей, который контролирует уровень фосфатов, активируя каскад других белков в фосфатном пути.

Исследователи установили, что растения выделяют стриголактон при недостатке фосфатов, сигнализируя дрожжам об изменении процесса их поглощения.

Ученые обнаружили, что фосфатная реакция на стриголактон имеется не только у одомашненных грибов, таких как пекарские дрожжи, но и у диких грибов, в частности у вредоносного патогена пшеницы Fusarium graminearum и полезного симбиотического грибка Serendipita indica.

Результаты данного исследования потенциально могут способствовать прогрессу в сельском хозяйстве, смягчить последствия загрязнения окружающей среды и проблемы продовольственной безопасности.

В процессе научных исследований сотрудники Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») изучают биологические особенности и разрабатывают современную диагностику опасных грибных фитопатогенов. Аккредитованные лаборатории Россельхознадзора используют разработанные в ходе данных исследований методики для тестирования растительного материала при импорте сельскохозяйственной продукции.

Источник: James M. Bradley et al, Modulation of fungal phosphate homeostasis by the plant hormone strigolactone, Molecular Cell (2024). DOI: 10.1016/j.molcel.2024.09.004