Научный взгляд: симбиоз растений и микоризных грибов

На протяжении миллионов лет микоризные грибы живут в симбиозе с корнями высших травянистых и древесных растений. Растения поставляют фотосинтезированный углерод, а грибы – воду и питательные вещества, для чего растения и грибы делят пространство на клеточном уровне: грибы протягивают арбускулы в клетки корней растений, и оба организма перестраивают свои клетки вокруг этой структуры для облегчения обмена.

Исследователи изучили обе стороны этого взаимодействия, используя секвенирование РНК для изучения экспрессии генов: это одно из первых на сегодняшний день пространственно-разрешенных транскриптомических исследований в разных царствах.

Понимание этого симбиоза может быть полезным в нескольких направлениях. С точки зрения грибов, подземные микоризные сети могут служить резервуаром для углеродных соединений, которые растения вырабатывают из поглощаемого ими углекислого газа. Способствуя симбиозу, можно улучшить сохранение углерода в почве. Что касается растений, поддержание этой взаимосвязи может в дальнейшем улучшить качество биотоплива, получаемого на бедных питательными веществами полях.

Исследования были проведены на двух модельных видах: люцерне усеченной Medicago truncatula и микоризном грибе Rhizophagus irregularis. Для заселения корней растений ученые нанесли споры R. irregularis непосредственно на проростки M. truncatula, выращенные в камере с контролируемой средой. Затем, сравнивая с контрольными проростками, на которые споры не наносили, было проведено изучение экспрессии генов в клетках растений и грибов. Исследователи определили экспрессию более 12 тыс. грибных, а также связанных с ними растительных генов.

Данные исследования позволили получить детальное представление о деятельности растений и грибов на разных стадиях симбиоза: было обнаружено более 1 тыс. генов с повышенной активностью. При правильной функциональной характеристике эти гены могут стать регуляторами для настройки этого симбиоза кандидатами для генной инженерии.

Исследование взаимодействия высших растений и микроорганизмов, а также микроорганизмов между собой помогает в поиске новых стратегий защиты растений. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») разрабатываются новые подходы и методы в борьбе с карантинными организмами, которые в дальнейшем должны помочь в сохранении урожая сельскохозяйственных культур.

Источник: Karen Serrano et al, Spatial co-transcriptomics reveals discrete stages of the arbuscular mycorrhizal symbiosis, Nature Plants (2024). URL: https:doi.org/10.1038/s41477-024-01666-3