Новые результаты показывают, что микроРНК из побегов делает корни бобовых восприимчивыми к симбиотическим инфекциям, подавляя ген, который в противном случае препятствовал бы реакции корней на симбиотические бактерии. Эти результаты помогают нам понять, что нужно для того, чтобы азотфиксирующий симбиоз был эффективным, и что нам нужно сделать, чтобы использовать его в агрономических целях.
Международная исследовательская группа обнаружила, что небольшая последовательность РНК, называемая микроРНК miR2111, перемещается от листьев к корням бобовых растений, которые могут образовывать азотфиксирующий симбиоз с корневыми бактериями. Попав в корень, miR2111 гарантирует, что растение восприимчиво к симбиотической инфекции. Корни экспрессируют ген, который обычно препятствует реакции корней на симбиотические бактерии, а miR2111 препятствует активности этого гена. Полученные данные также объясняют, почему корни без побегов не могут вступить в азотфиксирующий симбиоз, и только что были опубликованы в международном журнале Science.
Новые результаты переворачивают наше предыдущее понимание того, как растения контролируют симбиоз, поскольку результаты показывают, что механизмы, регулирующие инфекцию, уже действуют до того, как растение вступит в контакт с бактериями. Это ресурсоемкое решение обеспечивает быструю реакцию растения при наличии нужных бактерий, подчеркивая, что постоянный контроль жизненно важен для растения-хозяина, чтобы предотвратить злоупотребление..
Фасоль, горох и соя, как и другие представители семейства бобовых, содержат большое количество белков. Вот почему они пользуются большим спросом как у вегетарианцев, так и у фермеров. В отличие от других растений, таких как злаки, картофель или яблони, бобовые развили способность размещать азотфиксирующие бактерии в специальных органах своих корней. Эти бактерии, называемые ризобиями, снабжают растение-хозяин восстановленным азотом в форме аммиака, а взамен получают от растения полный запас минеральных и углеводных питательных веществ. Таким образом, бобовые растения хорошо растут без химических азотных удобрений, что очень важно для их ценности в качестве культурных растений, особенно в регионах с бедными почвами и низким содержанием азота..
Необходим строгий контроль за симбиозом
Поскольку растения-хозяева доставляют ценные питательные вещества своим партнерам-бактериям, они должны строго контролировать развитие симбиоза. Передозировка событий заражения неизбежно приведет к ситуации, когда бактериальные симбионты станут патогенными, а растения пострадают. Несколько генов участвуют в контроле хозяином симбиоза клубеньков, процесса, называемого симбиотической ауторегуляцией. Несмотря на то, что образование клубеньков происходит в корнях, саморегуляция затрагивает как побеги, так и корни растений-хозяев. Это важно, потому что мониторинг питательного статуса листьев является ключевым аспектом в определении того, насколько корневой симбиоз полезен для конкретного растения.
Итак, побег и корень обмениваются особыми сигналами, чтобы регулировать симбиоз в соответствии с потребностями растения. После заражения в корнях образуются небольшие пептиды, которые проходят через сосуды ксилемы, направляющие воду, к листьям, где они взаимодействуют со специфическим белком-рецептором, называемым HAR1 (Hypernodulation Aberrant Root Formation1). Потеря этого рецептора приводит к тому, что растение образует слишком много инфекций и клубеньков, что приводит к плохому развитию растения. В корне ген под названием TML (слишком много любви) необходим для поддержания инфекций и узелков на здоровом уровне. Но до сих пор было неясно, как происходит коммуникация от побегов к корням и какие сигналы от побегов участвуют в специфической регуляции активности TML. Большое количество TML в корне подавляет новые инфекции. Ген TML активен даже в неинфицированных растениях и, если его не контролировать, предотвратит установление симбиоза.
МикроРНК 2111 (miR2111), идентифицированная исследовательской группой, в основном вырабатывается в листьях и перемещается через флоэму к корням, где она специфически подавляет количество матричной РНК TML, делая корни восприимчивыми к проникновению бактерий. В течение двух дней после заражения поток miR2111 останавливается, и начинается ауторегуляция, чтобы сбалансировать симбиоз до полезного уровня.
Отлаженная связь между побегами и корнями
Помимо изменения нашего понимания симбиотической ауторегуляции, новые результаты демонстрируют, что микроРНК могут действовать как специфические мобильные мессенджеры, обеспечивающие связь между побегами и корнями растений. Это дает захватывающее представление о том, как растения действуют как целые единицы тела, соединяя границы органов для координации ответов на сигналы окружающей среды. В долгосрочной перспективе эти результаты можно использовать для тонкой настройки связи между побегами и корнями бобовых, чтобы оптимизировать фиксацию азота в неблагоприятных условиях окружающей среды.