400 миллионов лет стабильных отношений: ключи к молекулярной основе баланса в арбускулярной микоризе

Под поверхностью почвы корни растений взаимодействуют с арбускулярными микоризными (AM) грибами. Грибные гифы проникают в корни и образуют внутри клеток коры разветвленные структуры — арбускулы, где происходит обмен: гриб поставляет растению фосфаты в обмен на углеводы.

Каждая клетка корня формирует специальный мембранный отсек для арбускулы. Внутри него арбускула развивается, а затем отмирает — этот процесс называется дегенерацией. При дегенерации растение разбирает отсек и остатки гриба.

Ранее исследователи из лаборатории доктора Марии Харрисон (Институт Бойса Томпсона) показали, что арбускула преждевременно дегенерирует, если передача фосфата растению заблокирована. В новой работе, опубликованной в Current Biology, они идентифицировали набор транскрипционных факторов растения, регулирующих этот процесс дегенерации. Хотя многие транскрипционные факторы, связанные с развитием микоризы, известны, это первое сообщение о растительном механизме, запускающем дегенерацию.

«Регуляция продолжительности жизни арбускулы через её дегенерацию, вероятно, способствовала стабильности симбиоза, поскольку предотвращает сохранение грибов, которые не поставляют фосфат», — заявила Харрисон.

Основное препятствие для изучения молекулярных механизмов дегенерации — динамичность взаимодействия: в корневой системе арбускулы находятся на всех стадиях развития, что мешает изолировать одну стадию. Авторы решили эту проблему, используя мутантную версию бобового кустарника Medicago truncatula, у которого почти все арбускулы находятся в состоянии дегенерации из-за неспособности передавать фосфат растению.

Работая с мутантными корнями, исследователи выявили транскрипционный фактор MYB1, который, по-видимому, запускает усиленную дегенерацию арбускул. Они подтвердили это, показав, что MYB1 необходим для экспрессии нескольких генов, связанных с разборкой арбускулы. Более того, увеличение уровня MYB1 в корнях дикого типа Medicago серьёзно нарушало способность гриба формировать здоровые арбускулы.

Далее авторы показали, что MYB1 взаимодействует как минимум с двумя другими симбиоз-специфичными транскрипционными факторами — NSP1 и DELLA, которые также необходимы для MYB1-зависимой экспрессии генов дегенерации арбускул.

«Регуляция продолжительности жизни арбускулы может открыть путь к получению более эффективного симбиоза», — предположила Харрисон.

Эффективность AM-симбиоза обычно измеряется количеством фосфата, который гриб способен передать растению. Если немного продлить жизнь арбускулы, возможно, модифицируя момент запуска программы дегенерации, то появится время для дополнительной поставки [фосфата].

«Знания, которые мы получаем, исследуя молекулярный механизм, лежащий в основе AM-симбиоза, помогут открыть продукты, специфически нацеленные на белок или механизм, чтобы сделать симбиоз более эффективным», — добавила первый автор работы доктор Даниэла Флосс.