Исследователи из Университета Оттавы обнаружили, что растения могут контролировать генетику своих близких корневых симбионтов - организмов, с которыми они живут в симбиозе, - тем самым обеспечивая лучшее понимание их роста.
В дополнение к значительному воздействию на все наземные экосистемы, их открытие может привести к улучшению экологически чистых сельскохозяйственных приложений.
Мы поговорили с руководителем исследования Николасом Корради, адъюнкт-профессором кафедры биологии и исследований микробной геномики в Университете Оттавы, и ведущим автором Василисом Коккорисом, постдокторантом в лаборатории Корради, чтобы узнать больше об их недавнее исследование опубликовано в журнале Current Biology.
Можете ли вы рассказать нам больше о своих выводах?
Николас Корради: «Мы обнаружили удивительную генетическую регуляцию между растениями и их микробными симбионтами, известными как арбускулярные микоризные грибы (АМФ).
AMF - это облигатные симбионты растений, которые растут внутри корней растений и помогают своим хозяевам расти лучше и быть более устойчивыми к стрессовым факторам окружающей среды.
Генетика AMF уже давно остается загадкой; в то время как типичные клетки несут одно ядро, клетки AMF несут тысячи ядер, которые могут быть генетически разнообразными. Как эти ядра взаимодействуют друг с другом и могут ли растения контролировать свое относительное обилие, остается полной загадкой.
Наша работа дает представление об этом уникальном генетическом заболевании:
1- Мы демонстрируем, что симбионт растения-хозяина влияет на относительную численность тысяч сосуществующих ядер, переносимых их грибковыми симбионтами.
2- Мы находим доказательства того, что сосуществующие ядра с разным генетическим фоном взаимодействуют, а не конкурируют друг с другом, что потенциально максимизирует преимущества роста как для грибов, так и для их партнеров-растений».
Как вы пришли к таким выводам?
Василис Коккорис: «Мы внедрили новый молекулярный подход в сочетании с передовой микроскопией и математическим моделированием. Каждая спора AMF несет сотни ядер (см. изображение).
Проанализировав отдельные споры, мы смогли количественно оценить генетику тысяч ядер и определить их относительное количество в различных штаммах грибов и среди видов растений.
Чтобы убедиться, что мы точно анализируем отдельные ядра, мы использовали передовую микроскопию для визуализации и подсчета ядер в спорах.
Наконец, мы использовали математическое моделирование, чтобы доказать, что наблюдаемое обилие идентифицированных нами ядерных генотипов не может быть результатом удачи, а вместо этого является результатом целенаправленного сотрудничества между ними.
Чтобы лучше понять, что регулирует ядра AMF, мы вырастили разные штаммы AMF с разными хозяевами и обнаружили, что растения контролируют относительное количество ядер грибов."
Каковы результаты вашего открытия?
Николас Корради: «В течение многих лет AMF считались генетическими особенностями и далеки от модельных организмов. В экспериментах с растениями обычно наблюдаются несоответствия. Например, выращивание одного и того же грибкового штамма на разных растениях может приводят к совершенно разным урожаям растений. Долгое время в этом различии в росте растений обвиняли загадочную генетику AMF.
Наше исследование дает ответ, поскольку мы демонстрируем, что растения могут управлять генетикой этих грибов и их влиянием на рост растений, что объясняет причину наблюдаемой изменчивости роста растений.
С экологической точки зрения, эти новые знания позволяют лучше понять, как растения могут влиять на генетику своих симбиотических партнеров, тем самым влияя на целые наземные экосистемы.
С экономической точки зрения это открывает двери для улучшенных устойчивых сельскохозяйственных приложений."