Симбиоз с микоризными грибами улучшает доступ растений к дефицитным ресурсам
Более 80% наземных растений образуют симбиоз с арбускулярными микоризными грибами. Грибы колонизируют корни и снабжают растение-хозяин неорганическими питательными веществами, в первую очередь фосфатом, который в противном случае плохо доступен. Взамен растение предоставляет грибам богатые энергией углеводы.
Ключевой структурой в корнях являются арбускулы — разветвлённые, похожие на деревья структуры, через которые гриб высвобождает минералы, поглощённые из почвы. Успешное формирование этих структур требует фундаментальной перестройки метаболизма клеток корня и должно жёстко регулироваться растением.
Степень колонизации корней зависит от физиологического статуса растения, включая его текущую потребность в питательных веществах. Если растение уже имеет доступ к адекватному количеству фосфата, образование арбускул активно подавляется. Однако молекулярный механизм, контролирующий степень их формирования в соответствии с потребностями растения, был неизвестен.
Молекулярный узел регуляции
Исследователи из LMU, изучая мутантный штамм растения Lotus japonicus, идентифицировали ключевой ген RAM1. Его продукт необходим для активации других генов, чьи белки, в свою очередь, требуются для формирования арбускул.
Было показано, что для активации гена RAM1 необходимы два регуляторных белка:
- CYCLOPS — уже известный транскрипционный фактор, играющий ключевую роль в регуляции корневого симбиоза.
- DELLA — белок, являющийся частью сигнального пути, активируемого гормонами гиббереллинами, которые контролируют физиологию и рост растения.
Ключевое открытие: CYCLOPS и DELLA напрямую взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие представляет собой центральный узел, в котором сходятся информация о симбиозе и физиологии растения. Это позволяет растению определять степень колонизации корней в соответствии с его текущей потребностью, например, в фосфате.
Значение для экологии и сельского хозяйства
Симбиоз с микоризными грибами имеет большое экономическое и экологическое значение. Интенсивное земледелие требует огромных ежегодных затрат искусственных удобрений, содержащих минеральные фосфаты. Запасы этих соединений ограничены, и, по некоторым оценкам, могут истощиться в течение следующих 100 лет.
Арбускулярная микориза может помочь снизить потребность во внесении фосфатов в сельском хозяйстве. Более глубокое понимание механизмов формирования арбускул является важной предпосылкой для успешной селекции растений, направленной на повышение эффективности этого типа симбиоза.