Растения растут и процветают только в том случае, если у них есть доступ к растворимому фосфату в почве. Они не могут использовать связанный фосфат без помощи других организмов. Поэтому у большинства растений есть микориза — грибковая сетка вокруг корней, которая снабжает их жизненно важными питательными веществами почвенного происхождения в обмен на углеводы, которые они производят в процессе фотосинтеза.Арабидопсис — одно из немногих растений, у которых нет микоризы.
Вместо этого этот вид вступает в благоприятные отношения с почвенным грибком Colletotrichum tofieldiae. Этот гриб заселяет кресс-салаты своими корнями, а затем живет внутри и между клетками корня.
Он превращает нерастворимый фосфат в почве в растворимый и передает питательные вещества через грибковую сетку своему растению-хозяину, которое нуждается в нем для роста. «Благоприятное взаимодействие между кресс-салатом и Colletotrichum стало для нас сюрпризом, потому что это семейство грибов встречается почти повсеместно в качестве патогена», — говорит Пол Шульце-Леферт, директор Института Макса Планка в Кельне. «Только в кукурузе родственник этого грибка приводит к потерям урожая, которые исчисляются миллиардами долларов. Поэтому мы хотели знать, почему Colletotrichum tofieldiae не вредит растениям талайского кресс-салата».Иммунная система приспосабливается к запасам фосфатаПоскольку Шульце-Леферт и его коллеги выделили грибок из кресс-салата на Центральном плато в Испании, а грибок не встречается на растениях кресс-тале, произрастающих в других регионах, они с самого начала подозревали, что симбиотические отношения имеют какое-то отношение к местная среда.
Они отметили, что в почве Центрального плато присутствует очень мало растворимого фосфата. Ученые из Кельна продемонстрировали, что для симбиоза необходима неповрежденная врожденная иммунная система, которая позволяет грибку поселиться в корнях растения только в том случае, если растение не способно самостоятельно получать достаточное количество фосфата в почве.
Однако, если фосфата много, растение запускает массивный иммунный ответ. «Это фантастически хорошо отрегулированная система», — говорит Шульце-Леферт. «Враг признается таковым только при определенных обстоятельствах. Это совершенно новый подход к иммунной системе».Ученые также смогли показать, какие процессы здесь задействованы. Один процесс известен как «реакция на фосфатное голодание», с помощью которого растение определяет наличие фосфата в почве и передает эту информацию в цепь, которая ускоряет или замедляет рост растений.
Если растворимого фосфата становится мало, система чувствительности к питательным веществам связывается с одной ветвью иммунной системы растения, чтобы разместить грибкового хозяина внутри корней. Эта ветвь иммунной системы направляет синтез гликозидов горчичного масла. Эти соединения отвечают за острый и горький вкус капусты, в которую входят кресс-салат, рапс, горчица и хрен. Schulze-Lefert и его коллеги показали, что при отсутствии этого пути синтеза C. tofieldiae становится опасным для жизни патогеном талайского кресс-салата.
«Растение кресс-салата контролирует свое взаимодействие с арендатором, связывая свою иммунную систему с датчиком наличия фосфата», — говорит Шульце-Леферт. «Это элегантное решение, которое расширяет роль иммунной системы для обеспечения внешнего снабжения питательными веществами в условиях недостаточного питания. Это ранее не наблюдалось в царстве растений».
Помощник одним, возбудитель другимВ качестве следующего шага исследователи Макса Планка хотят выяснить, какие молекулы опосредуют связь между восприятием питательных веществ и иммунной системой и как организован этот процесс принятия решений. Единственный вид среди капустных, не синтезирующих гликозиды горчичного масла, а именно пастушья сумочка, не переносит грибок. Для пастушьей сумочки C. tofieldiae — смертельный патоген.
Очевидно, что отсутствие пути синтеза гликозидов горчичного масла означает, что отсутствует молекулярная основа для благоприятного сосуществования.Полученные результаты примечательны и в другом смысле.
В то время как здоровые растения заселяются сообществами бактерий с воспроизводимым составом, выбор грибов-хозяев менее избирательный. Это похоже на то, как если бы отдельные виды грибов присутствовали в растениях чисто случайно, потому что не было очевидной закономерности. «Теперь мы показали, что гриб Colletotrichum, который мы обнаружили случайно, не поселяется на растении случайно», — говорит Шульце-Леферт.
Он служит кресс-салатом вместо отсутствующего гриба микоризы. Без Colletotrichum у растения были бы очень низкие шансы на выживание в почвах с низким содержанием фосфора. Взаимное сосуществование выгодно обоим партнерам, но только до тех пор, пока преобладают правильные условия ".
