Бобовые, такие как горох и фасоль, образуют тесные и взаимовыгодные партнерские отношения (симбиозы) с азотфиксирующими бактериями, ризобиями. Растение получает выгоду от усиленного снабжения азотом, «фиксируемым» из воздуха ризобиями, в то время как бактерии выигрывают от защитного размещения внутри специальных структур, называемых корневыми клубеньками, которые поставляют питательные вещества из растения-хозяина. Другой тип симбиоза образуется между корнями многих видов растений и почвенными грибами, называемыми микоризными грибами. Оба типа сложных растительно-микробных взаимодействий имеют решающее значение для снабжения растений питательными веществами, но многие детали того, как развиваются эти симбиозы, остаются неясными.
Исследователи из Университета Цукуба в сотрудничестве с двумя другими японскими университетами раскрыли ключевой элемент мозаики механизмов, контролирующих процессы развития, лежащие в основе симбиоза корней с микробами. Команда идентифицировала ген, который играет ключевую роль в контроле того, как корни бобовых создают клеточную аккомодацию для бактерий ризобий, описанных в недавней публикации в PLOS Genetics..
Когда ген инактивирован в мутантном растении, корни образуют значительно меньше азотфиксирующих клубеньков, потому что обычный (внутриклеточный) путь проникновения бактерий, называемый инфекционной нитью, не развивается должным образом в клетках корня.. Тем не менее, небольшое количество клубеньков развивается на несколько недель позже, чем обычно, когда бактерии проникают другим (межклеточным) путем между клетками корня.
Команда назвала ген отсутствия аккомодации симбионта (lan). Они показали, что он инактивирован у мутанта, и обнаружили, что он тесно связан с геном других видов растений. Считается, что он кодирует белок, который действует в комплексе других регуляторных белков (называемых Медиатором), чтобы контролировать экспрессию многочисленных генов и процессов. Это первое сообщение об участии гена в контроле взаимодействия растений и микробов.
«Мы использовали модель бобовых Lotus japonicus, которые быстро растут и размножаются и имеют меньший и более простой геном, чем большинство сельскохозяйственных растений», - говорит автор-корреспондент Такуя Судзаки. «Наши методы исследования включали генетическую модификацию, изучение анатомии растения под микроскопом с использованием флуоресцентных красителей, секвенирование генома и получение мутантных растений с использованием новейших технологий редактирования генов».
Ген lan важен не только для симбиоза с ризобиями: команда показала, что этот ген также необходим для установления симбиоза с микоризными грибами.
«Это исследование показывает, что единая система управления работает при установлении двух совершенно разных симбиозов, важных для питания растений», - говорит Судзаки.«Наши результаты имеют более широкое значение для понимания того, как координируются процессы развития растений».