Как растения дружат с грибами

Большинство наземных растений живут в тесном симбиозе с арбускулярными микоризными грибами (AM-грибами), которые стимулируют их рост. Учёные из группы «Молекулярная фитопатология» Карлсруэского технологического института (KIT) изучают развитие этой симбиотической связи.

Взаимная выгода симбиоза

  • AM-грибы помогают растениям извлекать из почвы питательные вещества (азот, фосфат, воду), защищают от вредителей и влияют на развитие корней.
  • Взамен растения снабжают грибы углеводами, произведёнными в процессе фотосинтеза.
  • Этот симбиоз улучшает рост и здоровье растений даже в неблагоприятных условиях, что может способствовать устойчивому сельскому хозяйству.

Ключевой ген для дружбы

Исследователи идентифицировали ген растения, который активируется специфически AM-грибами — GRAS-транскрипционный фактор MIG1 (Mycorrhiza Induced GRAS 1). Его роль изучали на модели Medicago truncatula.

  • Функция MIG1: Он влияет на развитие корня, стимулируя рост большего количества и более крупных клеток коровой паренхимы (кортекса), что значительно увеличивает общий диаметр корней.
  • Активность гена: MIG1 наиболее сильно экспрессируется в клетках, содержащих арбускулы — разветвлённые структуры гриба внутри корня.
  • Обратная связь: Снижение экспрессии MIG1 приводит к формированию дефектных арбускул.

Как запускается симбиоз

Развитие симбиоза требует от растения контролируемой адаптации:

  1. Растение активирует свои генетические программы для симбиоза ещё до первого физического контакта с грибом, получив его сигнальное вещество.
  2. Поселение гриба ограничено эпидермисом и корой корня. Гифы гриба проникают вглубь кортекса и образуют арбускулы.
  3. Растение формирует специальную периарбускулярную мембрану (PAM), окружающую арбускулы.

Роль GRAS-белков

Белки семейства GRAS выполняют ключевые функции в регуляции колонизации корня и формирования арбускул, действуя как транскрипционные факторы:

  • RAM1 обеспечивает ветвление арбускул.
  • RAD1 поддерживает их.
  • NSP1, NSP2 и DIP1 контролируют общий процесс колонизации.
  • MIG1 регулирует развитие кортекса.

Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

2016-10-13