Как растения взаимодействуют с полезными почвенными микробами
Команда молекулярных биологов под руководством Донга Вана из Массачусетского университета в Амхерсте, работая с люцерной Medicago truncatula, выяснила, как ген растения-хозяина кодирует белок, распознающий клеточную мембрану вокруг симбиотических бактерий и направляющий другие белки для сбора питательных веществ. Результаты опубликованы в январском выпуске Nature Plants.
Растения часто привлекают микробов для удовлетворения своих потребностей в питании, предлагая взамен продукты фотосинтеза. Большинство наземных растений используют симбиоз с арбускулярными микоризными грибами, которые помогают захватывать из почвы фосфор, серу, азот и другие микроэлементы.
Бобовые растения (например, соя) используют более редкий процесс: они вступают в симбиоз с бактериями ризобиями, которые живут в корневых клубеньках и фиксируют азот из воздуха, превращая его в аммиак — удобрение для растения. Благодаря этому бобовые могут получать столько азота, сколько им нужно, а не полагаться на часто скудный азот в почве.
Исследователи обнаружили, что в обоих процессах (с грибами и бактериями) обмен питательными веществами между микробом и растением происходит через клеточную мембрану, которую распознает специально закодированный белок растения-хозяина.
Команда исследовала активность гена SYNTAXIN 132, который кодирует рецепторы (SYP132), идентифицирующие клеточные мембраны. Они обнаружили, что этот ген обычно производит один тип транскрипта, который всегда находит поверхностную мембрану растительной клетки. Но если в хозяине присутствуют ризобии, тот же ген производит второй тип белка, способный найти мембрану, окружающую бактерии.
Удивительно, но симбиоз с арбускулярными микоризными грибами использует тот же рецептор SYP132. Ученые теперь понимают, что мембрана хозяина вокруг грибного арбускула (как у бобовых, так и у других растений) имеет много общего с мембраной вокруг азотфиксирующих бактерий.
Ключевое открытие: два белка SYP132 не одинаковы, хотя происходят из одного гена. Ген производит два транскрипта благодаря необычному процессу около конца гена — «как фильм с двумя разными концовками». Один ген использует альтернативные терминальные экзоны для создания двух белков с разными последовательностями на конце. Именно эти концы определяют, где в клетке окажется белок.
Это знание важно для будущего прогресса в сельском хозяйстве, поскольку тот же процесс аналогично работает у большинства растений, как фиксирующих азот, так и нет. Это приближает к мечте — наделить способностью фиксировать азот культуры, которые этого не умеют.