Растения передают липиды грибам арбускулярной микоризы

Согласно устоявшейся точке зрения, в арбускулярной микоризной симбиозе растение-хозяин поставляет грибам-симбионтам только сахара в обмен на неорганические питательные вещества. Новое исследование учёных из Университета Людвига-Максимилиана (LMU) показывает, что в меню также входят липиды.

Более 80% наземных растений существуют в арбускулярной микоризной симбиозе с грибами, колонизирующими их корневую систему. Грибы поглощают из почвы неорганические питательные вещества (в основном фосфат и азот) и передают их растению. Считалось, что взамен хозяин снабжает симбионтов богатыми энергией органическими соединениями — углеводами. Группа биолога LMU Каролин Гутьяр в сотрудничестве с коллегами из Боннского университета, Мюнхенского технического университета и LMU показала, что растение вносит больший вклад: оно также поставляет грибу необходимые липиды. Результаты опубликованы в журнале eLife.

Липиды (жирные кислоты и их производные) необходимы для формирования биологических мембран и служат энергетическими запасами. Однако недавние работы показали, что некоторые грибы-симбионты арбускулярной микоризы лишены генов ферментов основного пути биосинтеза липидов и не могут производить определённые незаменимые жирные кислоты.

Исследователи использовали два мутантных штамма модельного растения Lotus japonicus (из семейства бобовых), чтобы проверить, компенсирует ли растение-хозяин этот дефицит. Каждый мутант был дефектен по гену, важному для синтеза жирных кислот и фосфолипидов. У этих штаммов уровень колонизации микоризными грибами был значительно ниже, чем у дикого типа. Внутриклеточные древовидные структуры гриба (арбускулы), необходимые для обмена питательными веществами, оставались недоразвиты.

Сравнительный анализ жирных кислот и липидов в заражённых корнях показал, что определённые специфичные для гриба жирные кислоты отсутствуют или их уровень резко снижен в корнях мутантных растений. Это указывало на то, что симбионты, колонизирующие растения с дефицитом биосинтеза липидов, страдают от их нехватки.

Последующие эксперименты с мечением стабильным изотопом углерода 13C подтвердили, что растения дикого типа Lotus japonicus действительно напрямую снабжают гриб необходимыми липидами. То есть гриб не синтезирует их из углеродных скелетов сахаров, полученных от хозяина.

Исследователи полагают, что гриб использует липиды растения в основном для быстрого роста разветвлённой гифальной сети вне корня, которая служит для поглощения минералов из почвы. Также для образования спор требуются большие количества этих соединений, вероятно, потому что спорам необходимо запасать липиды для поддержки прорастания и роста гиф, которым сначала нужно достичь нового корня.

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на выяснении того, как синтезированные растением липиды транспортируются к симбионту, а также на определении соотношения сахаров и липидов, поставляемых грибу. Поскольку синтез липидов энергетически более затратен, чем производство углеводов, этот параметр влияет на общий объём энергии, который растение инвестирует в поддержание симбиоза. Лучшее понимание роли биосинтеза липидов в этом симбиозе может помочь в селекции растений, оптимально использующих свои отношения с грибными партнёрами, что может быть полезно для устойчивого сельского хозяйства.