Белок растений нуждается в адаптере для симбиоза с грибами: исследование раскрывает молекулярный механизм

Команда под руководством профессора Каролины Гутьяр из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка раскрыла молекулярный механизм, обеспечивающий обмен питательными веществами между растениями и грибами.

Их результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, дают представление о белках, которые могут помочь в создании сельскохозяйственных культур с улучшенным усвоением питательных веществ через симбиоз, чтобы сократить применение искусственных удобрений.

Большинство наземных растений вступают в симбиоз с почвенными грибами — арбускулярную микоризу. Этот симбиоз позволяет более чем 80% наземных растений улучшить поглощение питательных веществ, особенно фосфора, из почвы. Взамен грибы получают от растений богатые энергией липиды.

В центре этого обмена находятся арбускулы — древовидные структуры гриба внутри клеток коры корня. Они высвобождают минералы (например, фосфат) в клетку растения и поглощают поставляемые растением липиды. Арбускулы окружены растительной мембраной, заполненной транспортными белками, которые направляют минеральные питательные вещества или липиды партнеру по симбиозу.

Было известно, что белок RAM1 жизненно важен для процесса обмена питательными веществами. Это растительный транскрипционный фактор — белок, который включает активность и транскрипцию определенных генов. RAM1 необходим для развития арбускул и экспрессии гена фосфатного транспортера и генов биосинтеза липидов, важных для симбиотического обмена. Однако оставалось неясным, как RAM1 может регулировать экспрессию генов, поскольку он не может напрямую связываться с ДНК.

Расшифровка активации генов для обмена питательными веществами

Команде профессора Гутьяр в сотрудничестве с группой доктора Ницана Шабека из Калифорнийского университета в Дэвисе удалось выяснить, как это работает. Их исследование показывает, что RAM1 образует комплексы с транскрипционными факторами WRI, которые действуют как ДНК-связывающие адаптеры. Это тесное физическое взаимодействие с группой WRI-подобных ДНК-связывающих белков может контролировать активацию генов, необходимых для обмена питательными веществами между растениями и AM-грибами во время формирования арбускул.

«Наша работа дает детальное представление о молекулярной системе управления, которая регулирует одно из самых полезных партнерств в природе», — говорит профессор Гутьяр. «Понимание того, как скоординированы эти генетические сети, открывает новые возможности для повышения эффективности усвоения питательных веществ сельскохозяйственными культурами без сильной зависимости от удобрений».

Это открытие может способствовать будущим усилиям в области устойчивого сельского хозяйства, включая селекцию или создание культур, оптимизирующих симбиотические взаимодействия. Это может естественным образом стимулировать рост при меньшем использовании химических удобрений, вредных для окружающей среды и питьевой воды.