Враг внутри: как патоген захватил один из древнейших симбиозов природы
Исследователи выяснили, как опасный патоген, возможно, захватил один из самых устойчивых взаимовыгодных союзов в природе.
Работа проливает свет на давнюю загадку: почему у растений сохраняются гены, которые, казалось бы, вредят им.
Давно известно, что ген Mildew Locus O (MLO) делает большинство важнейших сельскохозяйственных культур восприимчивыми к грибковому патогену листьев — мучнистой росе. Потеря этого гена обеспечивает прочную и устойчивую сопротивляемость патогену.
Но если ген невыгоден растению-хозяину, почему он сохранился в ходе эволюции? Выполняет ли этот фактор восприимчивости какую-то другую полезную роль?
В совместном проекте John Innes Centre и Shanghai Institute of Plant Physiology and Ecology учёные обнаружили, что ген MLO, необходимый патогенам мучнистой росы, также используется симбиотическими микоризными грибами, которые помогают растениям получать питательные вещества из почвы.
Микоризные грибы — это полезные почвенные микроорганизмы, которые образуют симбиотические связи с корнями растений и способствуют усвоению питательных веществ. Мучнистые росы — серьёзные листовые грибковые патогены, поражающие многие роды растений и наносящие значительный ущерб урожаю.
Важно, что ген MLO и микоризный симбиоз появились очень рано в эволюции наземных растений, за миллионы лет до возникновения грибов мучнистой росы.
Эксперименты в этом исследовании показали, что колонизация микоризой была снижена у мутантных растений ячменя, пшеницы и Medicago truncatula, которые не экспрессировали ген MLO. Это сопровождалось выраженным снижением экспрессии многих ключевых генов, необходимых для размещения арбускулярных микоризных грибов внутри растительных клеток. Результаты позволяют предположить, что первичная роль MLO у цветковых растений — в колонизации арбускулярными микоризными грибами, и эту роль присвоила себе мучнистая роса.
Ген MLO присутствует у самых разных растений, включая важные сельскохозяйственные культуры, такие как рис, пшеница и бобовые. Результаты имеют важное значение для улучшения сельскохозяйственных культур и устойчивого земледелия — для усиления полезных микоризных взаимодействий при одновременном сокращении потерь от болезней.
«Ген MLO широко изучался за его роль в устойчивости к мучнистой росе, хотя его изначальная роль оставалась неясной», — объясняет первый автор работы доктор Кэтрин Жакот.
«Поскольку микоризные грибы и мучнистая роса поражают соответственно корни и побеги, возможно, удастся создать злаки, которые могли бы полностью поддерживать микоризу, оставаясь при этом невосприимчивыми к мучнистой росе».
Исследование Mildew Locus O facilitates colonization by arbuscular mycorrhiza in angiosperms опубликовано в журнале New Phytologist.