Орхидеи и грибы: неожиданный случай симбиоза

Большинство орхидей обитает в местах, где свет может быть ограничивающим фактором. В таких условиях неудивительно, что многие как лишённые хлорофилла, так и зелёные орхидеи зависят от специфических микоризных грибов-симбионтов, которые снабжают их углеводами для роста. Однако орхидеи встречаются в широком диапазоне местообитаний и различаются по своей способности к фотосинтезу. Вопрос в том, меньше ли зависят от специфического набора микоризных грибов те орхидеи, которые являются полностью фотосинтетическими и, предположительно, способны сами получать органический углерод? Новое исследование, изучающее разнообразие грибов у орхидей на открытых солнечных местообитаниях, ставит это предположение под сомнение.

Марианджела Джирланда и Сильвия Перотто из Туринского университета (Италия), чьи основные области исследований включают биоразнообразие, филогению и экологию микрогрибов, вместе с коллегами хотели выяснить, являются ли микоризные грибы, ассоциированные со средиземноморскими орхидеями солнечных лугов, более разнообразными и более специфичными к своим орхидным партнёрам, чем предполагалось ранее. Они опубликовали свои результаты в июльском номере American Journal of Botany.

«Ранее исследования показали, как орхидеи с малым фотосинтезом или без него получают необходимый для роста органический углерод через специфические ассоциации с эктомикоризными грибами, способными получать углерод в основном через симбиоз с другими фотосинтезирующими растениями или с сапротрофными грибами, разлагающими и усваивающими сложные органические субстраты, — сказала Перотто. — Логичной гипотезой, основанной на этих выводах, было то, что полностью фотосинтезирующие орхидеи не должны зависеть от своих микоризных партнёров в отношении органического углерода».

«Напротив, ожидается, что они будут передавать грибному симбионту часть продуктов фотосинтеза, как это обычно делают растения, — продолжила Перотто. — Это могло бы ослабить потребность в специфичности и привести к неспецифическим ассоциациям».

Джирланда, Перотто и соавторы использовали как культурально-зависимые, так и независимые молекулярные подходы для идентификации микоризных грибов, ассоциированных с каждым из четырёх видов орхидей — Ophrys fuciflora, Anacamptis laxiflora, Orchis purpurea и Serapias vomeracea — найденных в северной Италии.

Авторы выделили грибы из корней до 14 растений каждого вида орхидей и вырастили их на агаровых пластинах для идентификации. Эта культурально-зависимая методика in vitro выявила разнообразный спектр эндофитных грибов, ассоциированных с каждым видом орхидей, включая мицелий группы грибов Rhizoctonia, которые типично встречаются у таких орхидей.

В подходе, который дополнил культурально-зависимый, поскольку выявил другой набор Rhizoctonia, а также базидиомицетовых и аскомицетовых грибных эндофитов, авторы также напрямую амплифицировали геномную ДНК из корней орхидей с использованием универсальных и специфичных для туласнеллоидных грибов праймеров.

Интересно, что у двух видов орхидей, Orchis purpurea и Ophrys fuciflora, было меньшее грибное разнообразие и более специфичные сообщества микобионтов по сравнению с двумя другими орхидеями, Anacamptis laxiflora и Serapias vomeracea. Более того, когда авторы сравнили набор грибов Rhizoctonia, найденных у Serapias vomeracea на разных лугах, они обнаружили, что отдельные растения не адаптировались локально к грибам, присутствующим в данном месте, а вместо этого специфично ассоциировались с грибами, присутствующими в сходных местообитаниях на всём протяжении их ареала. Джирланда и коллеги делают вывод, что это указывает на то, что, будучи фотосинтезирующими, эти орхидеи всё же образуют специфические микоризные ассоциации.

«Наша работа показывает, что микоризная специфичность не ограничивается полностью или частично нефотосинтезирующими орхидеями, — отмечает Джирланда, — потому что некоторые фотосинтезирующие виды могут ассоциироваться со специфическими кладами грибов, не разделяемыми с другими симпатрическими орхидеями».

Так в какой же степени эти фотосинтезирующие орхидеи солнечных лугов зависят от своих грибных партнёров в получении питательных веществ?

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы использовали анализ стабильных изотопов, чтобы сравнить изотопно различимый грибной углерод и азот в тканях орхидей и сравнить их с таковыми у соседних неорхидных растений. Эта методика оценивает, какая часть органического углерода и азота, обнаруженного в листьях орхидей, была получена от их грибных партнёров.

Авторы обнаружили, что у всех четырёх орхидей содержание ¹⁵N было выше по сравнению с их соседями, что указывает на то, что эти орхидеи действительно зависят от своих грибных симбионтов в получении значительного количества питания. Более того, орхидея с самой высокой грибной специфичностью, Orchis purpurea, имела самый высокий прирост ¹⁵N и ¹³C и, таким образом, частично зависела от своих грибных партнёров в получении органического углерода.

«Наша работа демонстрирует, что некоторые полностью фотосинтезирующие орхидеи всё ещё могут получать органический углерод от своих микоризных грибных партнёров, — прокомментировала Джирланда. — Конечно, мы хотели бы исследовать это явление дальше у таких орхидей, как Orchis purpurea, чтобы понять, может ли зависимость от углерода быть связана с определёнными сезонами, стадиями жизни и моделями роста или с видами растений».

«Кажется, нет такого резкого различия между фотосинтезирующими и нефотосинтезирующими орхидеями, несмотря на разных грибных партнёров и фотоавтотрофные способности, — заключила Перотто. — Поток органического углерода от гриба к растению может происходить и у фотосинтезирующих видов и, вероятно, зависит от энергетических потребностей растения на разных стадиях жизни».

Перотто и Джирланда указывают, что остаётся ещё много вопросов, которые они хотели бы изучить, например, выяснить источник грибного углерода, обнаруженного в этих орхидеях, а также функциональные роли множества грибов, обнаруженных в корнях взрослых орхидей.