Производительность сельского хозяйства зависит от обеспечения сельскохозяйственных культур достаточным количеством питательных веществ. С этой целью существует интерес к использованию древнего симбиоза растений с грибами для улучшения способности сельскохозяйственных культур поглощать питательные вещества из почвы. Обнаруженный у большинства растений симбиоз образуется, когда избранные почвенные грибы вторгаются в клетки корней растений, используя растительные липиды и сахара для размножения, не нанося вреда растению. Грибковые клетки вознаграждают растение за гостеприимство, отправляя гифы в почву и поглощая питательные вещества, такие как азот и фосфат, транспортируя их обратно в корень и обеспечивая растение. Поскольку грибок имитирует функцию корней растений, симбиоз известен как микориза («грибковые корни»). Ряд начинающих компаний сосредоточены на разработке грибкового инокулята, который приводит к развитию микоризных симбиозов культур.
Важность микоризного симбиоза для роста растений привела к большому объему исследований их формирования и функции, но все же есть важные вопросы, оставшиеся без ответа. Говард Берг, директор Центра визуализации и микроскопии в Центре науки о растениях Дональда Дэнфорта, и его сотрудники обнаружили ранее неизвестный компартмент в этих симбиотических клетках коры, который может быть важен для обмена питательными веществами и молекулярной связи между симбиотическими партнерами. Выводы «Обширные мембранные системы на границе хозяина и арбускулярного микоризного гриба» были недавно опубликованы в журнале Nature Plants.
В этом исследовании изучалась область в микоризной корневой клетке, где растение и грибок сближаются, чтобы обмениваться вещами, периарбускулярное пространство (PAS), область между мембраной клетки растения и мембраной клетки гриба. До сих пор считалось, что PAS в основном представляет собой матрицу клеточной стенки растений, через которую диффундирует обмениваемый материал при переходе между партнерами. В документе показано, что в этой матрице есть растительные мембраны, которые образуют своего рода трубопровод, соединяющий цитоплазму растения с областями, соседними с грибком, и гриб также образует мембранные трубочки, прилегающие к растительному трубопроводу. «Эти мембранные массивы предполагают, что два симбиотических партнера разработали сложные средства для эффективного обмена питательными веществами и другими молекулами, которые ранее были неизвестны», - сказал Берг. Теперь все готово для продолжения исследований, чтобы подтвердить, что эти мембраны функционируют, как предполагалось, и выяснить, как это можно улучшить, чтобы сделать симбиоз более эффективным.
Исследование команды основывалось на предыдущих исследованиях путем применения методов замораживания под высоким давлением, которые обеспечивали более точное сохранение клеточной структуры. «Мы использовали криофиксацию для сверхбыстрой заморозки ткани корня. Используя струи жидкого азота под высоким давлением (~ 2000 атмосфер), корни были заморожены за шесть миллисекунд без образования клеточных кристаллов льда, что обеспечило современное сохранение клеточной структуры. толстые срезы смолы и электронная томография позволили нам получить гораздо лучшее трехмерное изображение обширных мембранных компартментов в матрице PAS и массивной проработки мембранных канальцев в арбускуле», - сказал Берг.