Исследователь использует инфракрасный свет для изучения роли грибов в росте растений

Примерно 90% растений на Земле образуют симбиоз с грибами, чьи тонкие нити (гифы) пронизывают их корни. Растение снабжает гриб готовыми сахарами, а гриб в ответ поставляет растению основные питательные вещества. Учёные изучают этот механизм, чтобы помочь растениям расти на бедных питательными веществами почвах. Это может увеличить производство биотоплива из растений без конкуренции с продовольственными культурами за плодородные земли.

"Когда гриб растёт в корневой системе растения, он образует по всей почве волосоподобные выросты. Они тоньше корневых волосков, поэтому могут быстрее распределять питательные вещества, и они длиннее, поэтому охватывают большую площадь для поиска питательных веществ для растения", — объясняет Тиффани Виктор, аспирант Университета Стоуни-Брук.

Виктор исследует эту взаимовыгодную ассоциацию растений и грибов в Брукхейвенской национальной лаборатории (Министерство энергетики США, DOE) в группе биофизика Лизы Миллер. В работе также участвует Лиланд Чеке из Университета Алабамы в Хантсвилле.

"Мы используем инфракрасный микроскоп, чтобы отследить распределение питательных веществ, таких как азот и углерод, в ризосфере растения — участке почвы, ближайшем к корням, — чтобы понять, как гриб фактически меняет это распределение для стимулирования роста растения", — говорит Виктор.

Вместо изучения корней в лесу Виктор исследует небольшие саженцы тополя, которые Чеке выращивает в строго контролируемых условиях на стеклянных слайдах в питательном геле. Это миниатюрная экосистема.

С помощью инфракрасного микроскопа в Брукхейвене можно картировать концентрацию различных питательных веществ возле корней, где обитает гриб. Для понимания влияния грибов тестируются разные смеси грибов и бактерий, уровни и типы питательных веществ.

Кроме того, несколько раз в год Виктор использует инфракрасное излучение на синхротроне Advanced Light Source (ALS) в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (также объект DOE). Чрезвычайно яркий синхротронный свет улучшает качество и разрешение изображения для изучения границы раздела между растением и грибом.

"Мы с нетерпением ждём запуска собственной инфракрасной синхротронной микроскопии в NSLS-II в Брукхейвене в 2018 году, когда будет введена в эксплуатацию первая инфракрасная линия на этом объекте", — отмечает Миллер.

Одна из целей исследования — построить количественную модель ризосферы для определения точных концентраций нитратов, аммония и сахаров и их корреляции с процессами в системе растение-гриб.

Более масштабная задача — изолировать белки, которые переносят питательные вещества (например, нитраты) через клеточные мембраны. Понимание их структуры и функции может в будущем помочь усилить этот гриб-ассистированный захват питательных веществ и выращивать растения для биотоплива на землях, не пригодных для других культур.