Многие грибы повреждают или даже убивают растения. Но есть и благоприятные для растений грибы: большинство наземных растений живут в тесном сообществе с грибами арбускулярной микоризы (АМ-грибы), которые стимулируют их рост. Исследователи группы «Молекулярная фитопатология» Технологического института Карлсруэ (KIT) изучают развитие этого симбиоза. Теперь ученые идентифицировали ген, который специфически активируется АМ-грибами и влияет на развитие корня растения: транскрипционный фактор GRAS MIG1 стимулирует рост большего количества и более крупных клеток коры корня. Об этом сообщают исследователи Current Biology.
Большинство наземных растений живут в симбиозе с АМ-грибами. Выигрывают обе стороны: АМ-грибы помогают растениям извлекать питательные вещества, такие как азот, фосфат и вода, из земли, защищают их от вредителей и стимулируют рост растений, влияя на развитие корней. Взамен растения снабжают АМ-грибы углеводами, образующимися в результате фотосинтеза. Симбиоз улучшает рост и здоровье растений даже в неблагоприятных условиях истощенной почвы и стресса. Контролируемое выращивание растений в симбиозе с грибами арбускулярной микоризы может помочь уменьшить количество необходимых удобрений и пестицидов и, таким образом, способствовать устойчивому сельскому хозяйству.
Но как растение дружит с грибами? Этим вопросом занимаются ученые группы «Молекулярная фитопатология» под руководством профессора Натальи Рекены из Ботанического института КИТ. Их фундаментальные исследования сосредоточены на молекулярных процессах, связанных с симбиозом. Для стимуляции роста растений за счет развития корней ученые идентифицировали растительный ген, который активируется специфически АМ-грибами - фактор транскрипции GRAS MIG1. Он определяет размер клеток коры корня. Используя Medicago truncatula, вид клевера-улитки, ученые KIT изучили роль MIG1. Они сообщают о своих выводах в журнале Current Biology.
«Развитие симбиоза с грибами арбускулярной микоризы требует от растений экстраординарной и контролируемой адаптации», - объясняет профессор Наталья Рекена. «Растение активирует свои генетические программы для такого симбиоза еще до первого физического контакта с грибком, как только оно получает сигнальное вещество, выделяемое грибком». Тогда развитие симбиоза в основном контролируется растением. Поселение АМ-грибов на корнях растений ограничено эпидермальной тканью и корой. Гифы (клеточные нити) гриба проникают глубоко в кору и образуют широко разветвленные структуры, так называемые арбускулы. Растение образует специально синтезированную периарбускулярную мембрану (PAM), которая окружает арбускулы.
Специфичные для растений белки семейства белков GRAS берут на себя основные функции в регуляции колонизации корней и образования арбускул. Они действуют как факторы транскрипции, которые контролируют, то есть включают или выключают активность других генов. Белок RAM1, например, обеспечивает разветвление арбускул, RAD1 поддерживает их, а NSP1, NSP2 и DIP1 контролируют общий процесс колонизации. Исследователи, работающие в группе профессора Натальи Рекены, идентифицировали транскрипционный фактор MIG1 (Mycorhiza Induced GRAS 1). Наиболее сильно он выражен в клетках, содержащих арбускулы. MIG1 значительно модифицирует развитие коры корня, стимулируя рост большего количества и более крупных клеток коры корня. Общий диаметр корней значительно увеличивается. И наоборот, подавление MIG1 приводит к деформированию арбускул.