"Тайны союза: как растения решают сотрудничать с грибами в условиях стресса"

Как формируются союзы между растениями и грибами? Как растения решают, будут ли они вступать в сотрудничество с грибами или нет? Исследователи из Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка в Потсдаме, возглавляемые профессором Каролиной Гутьяр, провели исследование, которое проливает свет на эту подземную альянсу растений. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Команда ученых обнаружила, как происходит изменение в союзе между растением и грибом, когда растение подвергается стрессу и вырабатывает гормоны стресса. Это исследование может привести к новым подходам в сельском хозяйстве, где растения и грибы рассматриваются как равноправные партнеры.

Прямо под нашими ногами, спрятанная в почве, находится сложная система взаимодействий: почти все растения живут в узком симбиозе с грибами. Эти грибы не образуют привычные грибные плодовые тела, которые нам известны из лесов и некоторых мест, где мы их употребляем. Вместо этого они создают густую сеть тонких нитей, которые пронизывают почву и называются гифами.

Всего лишь в одном кубическом сантиметре почвы, гифы грибов могут быть длиной до 100 метров. В то время как многие грибы разлагают мертвый органический материал в почве, есть специализированные виды, которые живут в симбиозе с растениями и зависят от продуктов фотосинтеза живых растений. В свою очередь, они обеспечивают растения водой и минеральными веществами. Эта система взаимодействия существует уже сотни миллионов лет и имеет ключевое значение для многих наземных растений.

Особенно интимный вид симбиоза называется арбускулярной мицелием. В этом виде союза грибная мицелий проникает в корни растения, а иногда даже в его клетки. Это сотрудничество стало одним из самых важных взаимодействий, которое развивалось на протяжении эволюции.

Тесное партнерство между растениями и грибами, при котором происходит обмен водой и питательными веществами, уже заложено в их генетическом коде. Однако в некоторых условиях растения могут отказываться от сотрудничества с грибами.

Профессор Каролина Гутьяр и ее команда в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка в Потсдаме изучают процессы, которые происходят в корнях растений при вступлении или отказе от симбиоза с грибом. Их открытие заключается в том, что гормоны играют важную роль в этом взаимодействии.

"Мы уже более 40 лет знаем, что растения вырабатывают газообразный гормон этилен, когда они испытывают стресс, например, из-за затопления, и этот гормон подавляет союз между растениями и грибами", - поясняет Гутьяр. "Теперь мы выяснили, какие процессы происходят в растениях и как взаимодействуют различные растительные гормоны. Наконец, мы понимаем, как растения принимают решение о вступлении или отказе от этого партнерства".

Эксперименты, проведенные Дебатошем Дасом и Картикье Варшни, показали, что в отличие от принятого мнения, этилен не вызывает защитную реакцию иммунной системы растений против грибка. Вместо этого растительный гормон стимулирует аккумуляцию центрального регуляторного белка, известного как SMAX1.

Это может подавлять ряд генов, отвечающих за формирование симбиоза в растении. Таким образом, когда условия окружающей среды неблагоприятны, растение начинает вырабатывать гормон, который подавляет гены симбиоза. Образование партнерства снижается или прекращается.

Если условия меняются, другие растительные гормоны берут под контроль белок SMAX1, инициируют его разложение и, таким образом, снова активируют гены симбиоза. Растение снова готово к сотрудничеству.

Совместно с командой Дэвида К. Нельсона из Калифорнийского университета в Риверсайде, исследователи также смогли продемонстрировать, что этилен способствует накоплению белка SMAX1 в растениях, которые потеряли способность формировать симбиоз с грибами. Таким образом, важность этого открытия выходит за рамки союза между растениями и грибами. Будет интересно изучать роль этого явления в других контекстах в будущем.

Понимание того, как растения регулируют свои союзы с грибами в условиях стресса, может предоставить информацию о том, как разрабатывать культуры, которые сформируют выгодные партнерства с грибами даже при изменяющихся стрессовых или климатических условиях.

В будущем эти знания могут помочь обеспечить достаточное снабжение растений водой и питательными веществами в новых климатических условиях, а также гарантировать урожай.