Обнаружен новый компартмент в арбускулярной микоризе с помощью криофиксации и электронной томографии

Сельскохозяйственная продуктивность зависит от снабжения культур питательными веществами. Для этого исследуется возможность использования древнего симбиоза растений с грибами для улучшения поглощения питательных веществ из почвы. Этот симбиоз, встречающийся у большинства растений, формируется, когда определенные почвенные грибы проникают в клетки корня, используя липиды и сахара растения для размножения, не причиняя ему вреда. Гриб вознаграждает растение, отправляя гифы в почву, поглощая такие питательные вещества, как азот и фосфат, транспортируя их обратно в корень и предоставляя растению. Поскольку гриб имитирует функцию корней, симбиоз известен как микориза ("грибные корни").

Несмотря на большое количество исследований микоризы, остаются нерешенные вопросы. Говард Берг из Центра наук о растениях имени Дональда Дэнфорта и его коллеги обнаружили ранее неизвестный компартмент в симбиотических кортикальных клетках корня, который может быть важен для обмена питательными веществами и молекулярной коммуникации между партнерами. Результаты опубликованы в Nature Plants.

Исследование было сосредоточено на области клетки микоризного корня, где растение и гриб сближаются для обмена — периарбускулярном пространстве (ПАП), области между мембраной клетки растения и мембраной клетки гриба. До сих пор ПАП считалось в основном матриксом клеточной стенки растения, через который обмениваемый материал диффундирует. Работа показывает, что в этом матриксе существуют мембраны растения, образующие своего рода трубопровод, связывающий цитоплазму растения с областями рядом с грибом, а гриб также формирует мембранные трубочки рядом с этим "трубопроводом". "Эти мембранные массивы предполагают, что два симбиотических партнера разработали сложный механизм для эффективного обмена питательными веществами и другими молекулами, который ранее был неизвестен", — сказал Берг.

Исследование команды основывалось на предыдущих работах, но использовало технику высокого давления для замораживания, что обеспечило более точное сохранение клеточной структуры. "Мы использовали криофиксацию для сверхбыстрого замораживания корневой ткани. Используя струи жидкого азота высокого давления (~2000 атмосфер), корни замораживались за шесть миллисекунд без образования кристаллов льда в клетках, что обеспечивало современное сохранение клеточной структуры. Использование толстых срезов в смоле и электронной томографии позволило нам получить гораздо лучшее трехмерное представление об обширных мембранных компартментах в матриксе ПАП и массивном разрастании мембранных трубочек внутри арбускулы", — пояснил Берг.