Грибы-союзники защищают корни растений от болезней, переписывая правила заражения

от

Учёные обнаружили, что полезные грибы, обитающие в корнях, повышают устойчивость растений к болезням, изменяя структуру клеточной мембраны растения в местах заражения патогенами. Это даёт новое понимание того, как растения координируют защитные механизмы в сложных природных условиях.

Новое исследование показывает, что граница между клетками растений и микробами-возбудителями болезней не фиксирована. Вместо этого она может быть изменена симбионтами, которые совместно колонизируют корни растений, что принципиально меняет взаимодействие растений с патогенами и потенциально улучшает устойчивость к болезням.

Исследование опубликовано в журнале Cell Reports. Более 80% наземных растений, включая многие сельскохозяйственные культуры, образуют партнёрства с арбускулярными микоризными (АМ) грибами для улучшения усвоения питательных веществ. Эти грибы-симбионты также помогают растениям противостоять болезням, но механизмы, лежащие в основе этого защитного эффекта, оставались неясными.

Исследователи из Лаборатории Сейнсбери при Кембриджском университете (SLCU) показали, что, когда корни растений предварительно колонизированы АМ-грибами, растение изменяет мембрану вокруг последующих патогенов, проникающих в клетки.

Вместо формирования обычной патоген-ассоциированной экстрагаусториальной мембраны (ЭГМ), растение производит мембрану со свойствами, сходными с мембраной, окружающей АМ-грибы. Этот переход совпадает с повышением устойчивости к болезням. Работа подчёркивает, что АМ-грибы подготавливают корневую систему к защите на клеточном и молекулярном уровне, влияя на состав и идентичность этих специализированных мембранных интерфейсов.

В исследовании использовалась Nicotiana benthamiana (вид табака), которая может быть хозяином полезного АМ-гриба Funneliformis mosseae и впоследствии заражаться разрушительным нитевидным оомицетом Phytophthora palmivora.

Как грибы-союзники помогают растениям защищаться от болезней

Когда микробы (полезные или вредные) проникают в живые клетки растений, они оказываются заключёнными в мембране, полученной от хозяина, которая отделяет их от цитоплазмы клетки растения. Эти мембраны активно регулируют обмен питательными веществами и молекулярную коммуникацию между растениями и микробами, но их структура заметно отличается между мутуалистическими и патогенными взаимодействиями.

Мутуалистические грибы образуют арбускулы внутри клеток корней, заключённых в периарбускулярную мембрану (ПАМ), в то время как нитевидные патогены производят гаустории, окружённые ЭГМ. Это первое доказательство того, что АМ-грибы могут изменять ЭГМ патогена, который появляется позже.

Исследование под руководством доктора Алекса Гийо и профессора Себастьяна Шорнэка показывает, что АМ-грибы могут эффективно переопределять нормальное различие между мутуалистическими и патогенными интерфейсами.

«Мы обнаружили, что стратегия патогена полностью рушится в присутствии мутуалиста», — сказал доктор Гийон, проводивший исследование в рамках своей докторской диссертации. «В этих совместно колонизированных корнях идентичность мембраны патогена была изменена, и теперь она содержит новый сигнальный липид и мембранные белки».

Эта трансформация совпала со значительным снижением колонизации патогеном. «Эти результаты коренным образом меняют наше представление об иммунитете растений и симбиозе», — сказал профессор Шорнэк, руководитель группы в SLCU. «Они показывают, что давно установленный симбиотический процесс обеспечения специфического состава мембраны может преобладать над попытками патогена манипулировать клеткой-хозяином».

АМ-грибы не только улучшают питание растений, но и усиливают их защиту от патогенов. Понимание того, как они повышают устойчивость к болезням, открывает новые возможности для использования полезных грибов в качестве естественных агентов биоконтроля для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте