Удобрение меняет отношения деревьев с грибами в бореальных лесах
Новое исследование раскрыло, как повышение питательности почвы меняет коммуникацию между деревьями и ассоциированными с ними грибами, что приводит к перестройке грибного сообщества и влияет на круговорот углерода в лесу.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Его провели учёные из Umeå Plant Science Center (совместный центр Шведского университета сельскохозяйственных наук и Университета Умео) при поддержке исследователей из Science for Life Laboratory (Стокгольмский и Уппсальский университеты).
Сравнив лес, удобрявшийся непрерывно в течение 25 лет, с неудобрявшимся, учёные проанализировали активность генов в корнях деревьев и у более чем 350 видов грибов за вегетационный сезон. Оказалось, что удобренные деревья изменили стратегию общения, став более враждебными к грибным партнёрам. В результате доминирование в грибном сообществе перешло от специализированных видов к более универсальным.
«В бедных питательными веществами бореальных лесах деревья зависят от микоризных грибов и поддерживают это партнёрство, обмениваясь ценными сахарами. Удобрение почвы нарушает эти хрупкие торговые отношения, заставляя деревья направлять сахара на собственный рост и защиту, что имеет глубокие последствия для грибного сообщества», — объясняет Саймон Ло, первый автор исследования.
В удобренных почвах процветают стрессоустойчивые грибы
Исследователи показали, что удобренные деревья снизили активность генов, кодирующих белки-экспортёры сахаров, и усилили защитные процессы. Сильнее всего пострадали специализированные микоризные виды, сильно зависящие от углеродсодержащих сахаров деревьев. Усиление защиты растений сделало колонизацию корней этими грибами ещё сложнее, и их численность сократилась.
Напротив, в удобренных лесах процветали метаболически универсальные грибные виды, менее зависимые от деревьев. Эти микоризные грибы характеризуются тёмными, устойчивыми клеточными стенками, которые делают их более устойчивыми к стрессу, но и медленнее разлагаются.
Этот сдвиг в сообществе также влияет на круговорот углерода в почве, поскольку специализированные грибы играют важную роль в разложении растительного опада. Исследование даёт представление о механизмах, лежащих в основе процессов накопления углерода в почве.
«Известно, что удобрение приводит к увеличению накопления углерода в надземных тканях деревьев за счёт подземной сети корней и грибов. Но это исследование показывает сложность коммуникации между деревом и грибным сообществом и подчёркивает важность "голоса" дерева в этом взаимодействии», — говорит профессор Воэн Харри.
Изменения в питании влияют на круговорот углерода
Бореальные леса, доминируемые хвойными, содержат крупнейшее наземное хранилище углерода на Земле. Повышение температур усилит разложение мёртвого материала в почве и увеличит круговорот питательных веществ, что повлияет на статус питания деревьев и их грибных партнёров.
Исследование показывает, что для улучшения прогностических моделей влияния меняющихся условий среды на круговорот углерода и питательных веществ необходимо лучше понимать сложные отношения между деревьями и микроорганизмами.
Точка отсчёта для новых исследований
«Отношения между разными организмами в почве чрезвычайно сложны и в значительной степени были недоступны. Используемый нами подход секвенирования позволяет исследовать эти сложные взаимодействия на молекулярном уровне, показывая, кто там есть и что они делают», — говорит Натаниэль Стрит, второй автор-корреспондент.
Огромный массив данных, собранных в исследовании о корнях растений и почвенных микроорганизмах, стал общедоступным через онлайн-инструмент Boreal Rhizospheric Atlas, размещённый в Science for Life Laboratory. В будущем планируется включить в этот инструмент данные других исследований.