Солевой стресс изменяет реакцию бобовых на симбиотические ризобактерии, модулируя экспрессию генов

Бобовые культуры — важная часть устойчивого сельского хозяйства, являясь ключевым источником белка. Они вступают в уникальное взаимовыгодное взаимодействие с почвенными бактериями — ризобиями. Симбиоз приводит к образованию на корнях клубеньков, в которых живут ризобии. Внутри клубеньков бактерии с помощью процесса азотфиксации преобразуют атмосферный азот в доступный для растений аммоний. Это крайне ценный процесс, так как азот в агросистемах часто в дефиците.

Азотфиксация у бобовых очень чувствительна к стрессам окружающей среды, что ограничивает её использование в производстве продуктов питания. Например, известно, что засоление почвы негативно влияет на клубенькообразование и ингибирует связанные с ним биохимические процессы. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале MPMI, команда Джин Харрис (Университет Вермонта) изучила влияние засоления на взаимодействие бочкового клевера (Medicago truncatula) с ризобиями.

«Поскольку мы хотели понять механизм этого взаимодействия, мы проанализировали экспрессию генов растения в условиях солевого стресса и/или присутствия ризобий, или в отсутствие обоих факторов. Учитывая ингибирующую роль засоления, мы ожидали увидеть общее подавление экспрессии симбиотических генов. К нашему удивлению, мы обнаружили, что несколько генов с хорошо известными функциями в клубенькообразовании сильно индуцируются при солевом стрессе», — пояснила Санхита Чакраборти, первый автор исследования.

«Это означает, что солевой стресс фактически делает растение гиперчувствительным к сигналу от бактерии. Это интересно, потому что включает сигнал окружающей среды, который "подготавливает" реакцию растения на биотический сигнал — область, которая в науках о растениях остаётся практически неисследованной», — добавила Харрис.

С помощью своего подхода исследователи смогли идентифицировать ранее не описанный набор новых генов, реагирующих на ризобии специфически в условиях стресса. «Мы специально задались вопросом, не требуется ли регуляция дополнительных генов в стрессовых условиях, которые мы никогда не выявим в идеальных лабораторных условиях. Мы были рады обнаружить большую группу генов, которые специфически индуцировались или подавлялись только тогда, когда растения испытывали и предварительный солевой стресс, и инокуляцию ризобиями», — сказала Харрис.

«Наше исследование предоставляет набор генов, которыми можно манипулировать и вводить в растение для усиления клубенькообразования в условиях солевого стресса. Один или несколько из этих генов могут быть необходимы для клубенькообразования или, наоборот, препятствовать ему в стрессовой среде. Их сверхэкспрессия или мутация потенциально может принести пользу сельскохозяйственной отрасли», — отметила Чакраборти.