Томаты становятся устойчивее к нематодам при колонизации грибом
Растения постоянно подвергаются атакам голодных животных и инфекционных микробов. Для томатов одними из главных врагов являются нематоды вида Meloidogyne incognita. Эти мелкие черви сначала вызывают образование галлов (наростов) на корнях, а затем заселяют их, питаясь тканями растения. Проблема растений в том, что они не могут убежать от атакующих. Однако у них есть другие средства защиты, а именно химические вещества, токсичные или отпугивающие паразитических нематод. Выработка этих соединений в растении строго регулируется небольшими гормонами, такими как салициловая и жасмоновая кислоты.
Однако не все взаимодействия с другими организмами вредны для растений — некоторые могут быть полезными. Например, ассоциации между определёнными микробами и корнями растений. Подобно микробным сообществам в кишечнике человека, микробные сообщества, связанные с корнями, могут обеспечивать своих хозяев важными функциями, связанными с получением питательных веществ и защитой от инфекций. Пример такой ассоциации был описан международной группой исследователей в журнале New Phytologist: гриб рода Trichoderma живёт внутри тканей томатов (эндопфитно) и помогает своему хозяину защищаться от заражения паразитическими нематодами.
«Гриб усиливает иммунитет растения, повышая выработку токсичных химических соединений при атаке нематод. Это ограничивает проникновение нематод в корни, снижает их плодовитость и нарушает образование корневых галлов», — объясняет доктор Айнхоа Мартинес-Медина, первый автор исследования, учёный из Немецкого центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера (FSU).
Для изучения сложных взаимодействий между растениями томата, грибом и нематодами исследователи использовали сложную схему эксперимента в лаборатории. Половина корней тестовых растений выращивалась в одном горшке, а другая половина — в другом. Это позволило учёным протестировать различные комбинации экспериментальных обработок: заражение нематодами против отсутствия заражения и ассоциация с грибом против отсутствия ассоциации. Впоследствии были исследованы маркерные гены, участвующие в путях, регулируемых салициловой и жасмоновой кислотами.
Результаты показывают, что гриб Trichoderma «праймирует» (подготавливает) растение, которое затем может быстрее защищаться от нематод. «Такое «праймирование» можно сравнить с вакцинацией для нас, людей, благодаря которой наша иммунная система учится и впоследствии может более эффективно реагировать на инфекцию», — поясняет Мартинес-Медина. В будущем знания о полезных грибах также могут помочь в разработке устойчивых решений для сельского хозяйства.
Интересно, что индуцированная грибом устойчивость является пластичным явлением. Это означает, что она адаптируется в зависимости от стадии инфекции нематод: в начале гриб усиливает салицилат-зависимые защитные механизмы в корнях, что приводит к повышению устойчивости к проникновению нематод. Впоследствии, на стадии питания нематод, гриб усиливает защиту растений, регулируемую жасмоновой кислотой, что приводит к снижению развития и размножения нематод.