Растения принимают грибы по требованию
Иммунная система растений — это не просто механизм различения «свой-чужой» и защиты от патогенов. Она функционирует как система управления микробами, которая также помогает разместить полезные микроорганизмы, когда это необходимо. Это открытие сделали исследователи из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне совместно с международным консорциумом, изучая взаимодействие модельного растения Arabidopsis thaliana (резуховидки Таля) с грибом Colletotrichum tofieldiae. Растение допускает колонизацию этим грибом, когда нуждается в помощи для получения растворимого фосфата из почвы, и отвергает его, если может справиться с этой задачей самостоятельно.
Растениям для роста необходим растворимый фосфат, который они не могут получить из связанных форм без помощи других организмов. Большинство растений образуют микоризу — сеть грибов вокруг корней. Arabidopsis — одно из немногих растений, не образующих микоризу. Вместо этого он вступает в симбиоз с почвенным грибом Colletotrichum tofieldiae. Гриб колонизирует корни резуховидки, живет внутри и между клетками корня, преобразует нерастворимый фосфат почвы в растворимую форму и поставляет его растению-хозяину.
«Взаимодействие резуховидки и Colletotrichum стало для нас неожиданностью, поскольку почти все представители этого семейства грибов — патогены», — говорит директор института Пол Шульце-Леферт.
Иммунная система адаптируется к доступности фосфата
Исследователи изолировали гриб из растения, произраставшего на Центральном плато в Испании, где в почве очень мало растворимого фосфата. Учёные показали, что для симбиоза необходима неповреждённая врождённая иммунная система. Она позволяет грибу заселять корни растения только в условиях дефицита фосфата. Если фосфата достаточно, растение запускает мощный иммунный ответ.
«Это фантастически хорошо регулируемая система, — говорит Шульце-Леферт. — Враг признаётся таковым только в определённых обстоятельствах. Это совершенно новый взгляд на иммунную систему».
Механизм регуляции
Процесс регулируется через «ответ на голодание по фосфату» — систему, с помощью которой растение оценивает доступность фосфата в почве и передаёт эту информацию в цепь, контролирующую рост. При дефиците растворимого фосфата система «чувствования» питательных веществ взаимодействует с одной из ветвей иммунной системы, чтобы разместить гриб в корнях.
Эта ветвь иммунной системы управляет синтезом горчичных масляных гликозидов — соединений, отвечающих за острый вкус растений семейства капустных (к которым относится и Arabidopsis). Исследователи показали, что при отсутствии этого пути синтеза C. tofieldiae становится смертельно опасным патогеном для резуховидки.
«Резуховидка контролирует взаимодействие с грибом, связывая свою иммунную систему с сенсором доступности фосфата, — объясняет Шульце-Леферт. — Это элегантное решение, которое расширяет роль иммунной системы, обеспечивая внешнее снабжение питательными веществами в условиях их дефицита».
Помощник для одних, патоген для других
Растение пастушья сумка, единственный представитель капустных, не синтезирующий горчичные масляные гликозиды, не переносит гриб. Для него C. tofieldiae — смертельный патоген.
«Мы показали, что гриб Colletotrichum, обнаруженный нами случайно, заселяет растение не случайно, — резюмирует Шульце-Леферт. — Он служит резуховидке заменой отсутствующего микоризного гриба. Взаимное сосуществование выгодно обоим партнёрам, но только при соблюдении определённых условий».