Прогуливаясь по травянистому полю или лесу, найдите время, чтобы подумать о том, что скрывается под поверхностью. Паутина корней растений симбиотически взаимодействует с арбускулярными микоризными (АМ) грибами, которые распространяют свои гифы из корневой системы дальше в землю, получая доступ к таким питательным веществам, как фосфаты, которые они отдают растению в обмен на углеводы, око за око.
Внимательно изучив клетки корневой коры, вы обнаружите динамичные ветвящиеся грибковые структуры, называемые арбускулами, где два организма могут обмениваться своими товарами.«Каждая клетка корня строит особый отсек, окруженный мембраной, для размещения арбускулы. Внутри этого отсека арбускула сначала развивается, а затем умирает, процесс, называемый дегенерацией. Когда арбускула вырождается, растение разбирает отсек и остатки грибок», - объясняет доктор Мария Харрисон из Института Бойса Томпсона.
Ранее исследователи из лаборатории Харрисона показали, что арбускула преждевременно дегенерирует, если блокируется перенос фосфатов в растение. Опубликовано на этой неделе в журнале Current Biology, исследователи определили набор факторов транскрипции растения, которые регулируют этот процесс дегенерации. Транскрипция - это процесс активации генов, а активаторы называются факторами транскрипции. Было идентифицировано множество факторов транскрипции, связанных с развитием арбускулярной микоризы, но это первое сообщение о каком-либо растительном механизме, вызывающем дегенерацию.
«Регулирование продолжительности жизни арбускул путем дегенерации арбускул, вероятно, способствовало стабильности симбиоза, поскольку предотвращает сохранение грибков, которые не доставляют фосфат», - заявил Харрисон.«Исследование, описанное в этой статье, дает первое представление о молекулярной основе программы дегенерации и регуляторах транскрипции, которые ее контролируют».
Основное препятствие для изучения молекулярных механизмов дегенерации арбускул заключается в динамическом характере взаимодействия - внутри корневой системы арбускулы существуют на всех стадиях развития и дегенерации, что делает невозможным выделение только одной стадии. Авторы решили эту дилемму, используя мутировавшую версию бобового кустарника Medicago truncatula, в котором почти все арбускулы находятся в дегенеративном состоянии из-за своей неспособности передавать фосфаты растению.
Работая с мутантными корнями, исследователи смогли идентифицировать фактор транскрипции, названный MYB1, который, по-видимому, вызывает увеличение дегенерации арбускул. Они подтвердили свое подозрение, показав, что MYB1 необходим для экспрессии нескольких генов, связанных с разборкой арбускул. Кроме того, повышение уровня MYB1 в корнях Medicago дикого типа серьезно нарушило способность гриба образовывать здоровые арбускулы. Взятые вместе, эти результаты убедительно подтверждают идею о том, что MYB1 может быть ключом к загрузке грибка, когда он не отказывается от товаров.
Обычно, однако, факторы транскрипции работают не сами по себе, а в сочетании с другими факторами транскрипции. Принимая это во внимание, авт. показали, что MYB1 взаимодействует по крайней мере с двумя др. специфичными для симбиоза транскрипционными факторами, NSP1 и DELLA, которые также необходимы для управляемой MYB1 экспрессии генов, связанных с дегенерацией арбускул; как три музыканта, собравшихся вместе, чтобы оркестровать драматический выход.
Но какое нам дело?
«Регулирование продолжительности жизни арбускул может обеспечить возможность для достижения более эффективного симбиоза», - предположил Харрисон. Эффективность симбиоза арбускулярной микоризы обычно измеряется тем, сколько фосфатов гриб способен передать растению, особенно при рассмотрении видов сельскохозяйственных культур, которым могут потребоваться удобрения.«Если вы можете немного увеличить продолжительность жизни арбускул, возможно, изменив время запуска программы дегенерации, тогда есть время для дополнительной доставки [фосфата]».
Первый автор, д-р Даниэла Флосс, добавила: «Знания, которые мы получаем в результате изучения молекулярного механизма, лежащего в основе симбиоза АМ, помогут найти продукты, которые специально нацелены на белок или механизм, чтобы сделать симбиоз более эффективным».