Генетические основы усвоения азота в микоризе орхидей

Орхидеи — модельные растения, чей рост и развитие критически зависят от симбиотических отношений с микоризными грибами для получения питательных веществ. В новом исследовании впервые были выявлены генетические факторы, потенциально участвующие в поглощении и передаче азота в микоризе орхидей.

Исследование предлагает удобную экспериментальную модель для изучения обмена питательными веществами между растением и грибом на симбиотическом уровне. Оно также показывает, как растения-хозяева получают выгоду от взаимовыгодных отношений с почвенными грибами, что может расширять их ареал обитания. Понимание этих ключевых взаимодействий может пролить свет на микробные симбиозы, важные для выращивания растений — источников биотоплива.

Как и большинство наземных растений, орхидеи образуют симбиоз (микоризу) между своими корнями и почвенными грибами. Однако, в отличие от других растений, орхидеи особенно зависят от грибных партнёров в снабжении питательными веществами на стадиях прорастания семян и раннего развития. После этого большинство видов орхидей развивают листья и способны к самостоятельному питанию, хотя некоторые виды продолжают полагаться на грибов для получения органического углерода.

В исследовании, опубликованном в январе 2017 года в журнале New Phytologist, группа учёных под руководством исследователей из Туринского университета изучила микоризный гриб орхидей Tulasnella calospora как в свободноживущем состоянии, так и в симбиозе с фотосинтезирующей орхидеей Serapias vomeracea. Впервые были изучены гены гриба, которые могут быть задействованы как в поглощении, так и в передаче азота растению-хозяину. Секвенирование РНК для проекта было выполнено в Объединённом институте геномных исследований Министерства энергетики США (DOE JGI) в рамках программы Community Science Program 2013 года.

Команда также использовала базу данных геномов грибов DOE JGI MycoCosm для идентификации генов гриба, кодирующих белки, участвующие в поглощении и переносе азота. Они обнаружили, что геном Tulasnella calospora содержит два гена, кодирующих транспортеры аммония, и несколько генов, кодирующих транспортеры аминокислот — белки, играющие роль в пути усвоения азота.

В целом, использование азота микоризными грибами орхидей может расширять ареалы обитания орхидей, позволяя им расти на различных типах почв. С точки зрения интересов Министерства энергетики США, это исследование даёт важное представление об этом процессе и углубляет понимание растительно-микробных симбиозов, которые жизненно важны для здоровья растений и могут быть актуальны для понимания симбиозов, важных для растений — источников биоэнергии.