10 марта 2025
Анна Медведева, AgroXXI.ru
Гормоны стресса влияют на симбиоз, установили ученые.
Как развиваются симбиозы между растениями и грибами? Как растения решают, вступать ли в партнерство с грибами или нет? Группа профессора, доктора Каролины Гутьяр, директора Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка в Потсдаме, проливает свет на подземное партнерство растений. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
В частности, команда обнаружила, что происходит с симбиозом, когда растение вырабатывает гормоны стресса. Их исследование может способствовать новому сельскому хозяйству, в котором растения и грибы рассматриваются как партнеры.
Прямо под нашими ногами, скрытая в земле, находится сложная сеть взаимоотношений: почти все растения живут в тесном симбиозе с грибами. Эти грибы не образуют классических грибных плодовых тел, которые мы знаем по лесам и в некоторых случаях любим есть. Они образуют обширную сеть тонких нитей, также известных как гифы, которые пронизывают почву.
Всего в одном кубическом сантиметре почвы гифы грибов могут достигать длины до 100 метров. В то время как многие грибы разлагают мертвый материал в почве, существуют специализированные виды, которые живут в тесном контакте с растениями и зависят от продуктов фотосинтеза живых растений. Взамен они снабжают растения водой и минеральными веществами. Эта система обмена существует сотни миллионов лет и имеет важное значение для многих наземных растений.
Арбускулярная микориза — особенно интимная форма симбиоза, при которой растение позволяет гифам гриба проникать в его корни и даже в его клетки. В ходе эволюции она превратилась в одно из самых важных взаимодействий.
Тесное партнерство между растениями и грибами, при котором происходит обмен водой и питательными веществами, уже запрограммировано в их генетическом коде. Однако при определенных условиях растения отвергают симбиоз с грибами.
Профессор Каролина Гутъяр и ее команда в Институте молекулярной физиологии растений Макса Планка в Потсдаме исследуют, что именно происходит в корнях растения, когда оно вступает или отвергает симбиоз с грибом. Их открытие: у растений гормоны играют важную роль при вступлении в партнерство.
«Уже около 40 лет мы знаем, что газообразный растительный гормон этилен, который вырабатывается, когда растения испытывают стресс, например, при затоплении, подавляет симбиоз между растениями и грибами, — объясняет Гутьяр. — Теперь мы узнали, какие процессы происходят в растениях и как взаимодействуют различные растительные гормоны. Наконец, мы знаем, что происходит, когда растения принимают решение за или против этого партнерства».
Эксперименты двух первых авторов, Дебатош Дас и Картикье Варшни, показали, что, вопреки распространенному мнению, этилен не вызывает защитную реакцию иммунной системы растений против грибка. Вместо этого растительный гормон усиливает накопление центрального регуляторного белка, называемого SMAX1.
Это может подавить ряд генов растений, которые отвечают за формирование симбиоза. Таким образом, когда условия окружающей среды неподходящие, растение вырабатывает гормон, который подавляет его гены симбиоза. Формирование симбиоза снижается или больше не допускается.
Если условия меняются, другие гормоны берут под контроль белок, инициируют его деградацию и таким образом снова включают гены симбиоза. Растение открыто для партнерства.
В сотрудничестве с командой Дэвида К. Нельсона из Калифорнийского университета в Риверсайде авторы также смогли показать, что этилен также способствует накоплению SMAX1 в растениях, которые утратили способность образовывать симбиоз с грибами. Таким образом, значение этого открытия выходит за рамки симбиоза растений и грибов. Будет интересно изучить роль этого явления за пределами симбиоза в будущем.
Понимание того, как растения регулируют свой симбиоз с грибами в условиях стресса, может дать информацию о том, как выводить культуры, которые формируют выгодные партнерства с грибами даже в условиях изменяющегося стресса или климатических условий.
В будущем эти знания могут помочь обеспечить достаточное снабжение растений водой и питательными веществами в новых климатических условиях, а также обеспечить получение урожая.
Источник: Max Planck Society.
В корнях японского лядвенца (Lotus japonicus) после добавления этилена наблюдалось накопление белка SMAX1, окрашенного здесь в желтый цвет.
Автор фото: Картикье Варшней, Институт молекулярной физиологии растений Макса Планка.
