Ученые расшифровывают коммуникацию между растениями и грибами
Ученые из Университета Торонто раскрыли код коммуникации между растениями и грибами в новом исследовании, опубликованном в журнале Molecular Cell.
Используя пекарские дрожжи, исследователи обнаружили, что растительный гормон стриголактон (SL) активирует гены и белки грибов, связанные с метаболизмом фосфата, системой, которая является ключом к росту. Это понимание того, как грибы реагируют на химические сигналы на молекулярном уровне, может привести к новым стратегиям выращивания более выносливых культур и борьбы с болезнетворными грибами.
«По мере того, как мы начнем понимать, как взаимодействуют растения и грибы, мы сможем лучше понять сложность экосистемы почвы, что приведет к получению более здоровых культур и улучшению нашего подхода к биоразнообразию», — говорит Шелли Лумба, старший автор и доцент кафедры клеточной и системной биологии Университета Торонто.
В почве корни растений взаимодействуют с грибами на молчаливом молекулярном «языке», чтобы управлять их структурой. Когда растения выделяют SL, они дают сигнал грибам прикрепиться к их корням, обеспечивая фосфаты — топливо, необходимое растениям для роста, и основной компонент большинства удобрений — в обмен на углерод.
Для исследования Лумба и ее коллеги-исследователи изучали, почему и как грибы реагируют на SL. Восемьдесят процентов растений полагаются на эти симбиотические отношения , и улучшение этого взаимодействия с полезными грибами может дать более выносливые культуры, сократить использование удобрений и минимизировать сток фосфатов в водные пути.
В других случаях болезнетворные грибки могут использовать химические сигналы для заражения сельскохозяйственных культур, иногда уничтожая весь урожай . Понимание этого химического языка также может помочь блокировать такие патогены.
Из-за сложности экосистемы почвы ученые до сих пор не могли определить конкретные химические вещества, которые стимулируют полезные грибы, или эффекты этих сигналов. Лумба и ее команда взломали код с помощью пекарских дрожжей, более тихого грибка, который был одомашнен человеком на протяжении тысячелетий. Легкие способы современных штаммов делают их хорошо подходящими для лаборатории.
Исследователи обрабатывали дрожжи SL и наблюдали, какие гены выключались и включались в ответ. Они обнаружили, что этот химический сигнал увеличивал экспрессию генов, обозначенных как «PHO», которые связаны с метаболизмом фосфата. Дальнейший анализ показал, что SL функционируют через Pho84, белок на поверхности дрожжей, который контролирует уровень фосфата, активируя каскад других белков в фосфатном пути.
Исследователи определили, что растения выделяют СЛ при нехватке фосфата, давая дрожжам сигнал изменить потребление фосфата.
Они обнаружили, что реакция фосфата на сигнал СЛ справедлива не только для одомашненных грибов, таких как пекарские дрожжи , но и для диких грибов, в частности для вредоносного грибка пшеницы Fusarium graminearum и полезного симбиотического гриба Serendipita indica.
«Экспрессия генов как результат химической обработки является ключом к этому подходу — она определяет влияние реакции СЛ на рост грибков», — говорит Лумба.
Ученые могут использовать этот простой метод для систематической идентификации малых молекул растительного происхождения , которые взаимодействуют с грибами. Улучшение взаимодействия с полезными грибами может привести к прогрессу в сельском хозяйстве и уменьшить загрязнение и продовольственную безопасность.
«Потенциальное влияние этого исследования может улучшить жизни многих людей», — говорит Лумба. «Речь идет о здоровой почве для здоровой планеты».
Источник: Университет Торонто
