Более 80% всех наземных растений живут в так называемых арбускулярных микоризных симбиозах с грибами, которые колонизируют их корневые системы. Грибы поглощают неорганические питательные вещества из почвы — в основном фосфаты и азот — и передают их растениям. Согласно преобладающему мнению, хозяин обеспечивает своих благодетелей богатыми энергией органическими соединениями, в частности углеводами, в обмен на эту услугу. Исследовательская группа биолога из LMU Кэролайн Гутьяр в сотрудничестве с исследовательскими группами под руководством Питера Дормана (Боннский университет), Вольфганга Эйзенрайха (Технический университет Мюнхена) и ее коллеги из LMU Мартина Парниске теперь показала, что растение способствует не только сахару. взаимосвязь: он также доставляет необходимые липиды своему грибковому партнеру.
Новые результаты опубликованы в онлайн-журнале eLife.Липиды, то есть жирные кислоты и их производные, незаменимы для образования биологических мембран, а также служат в качестве соединений для хранения энергии. Таким образом, они имеют решающее значение для выживания всех организмов. «Однако недавняя работа показала, что по крайней мере у некоторых грибковых партнеров в арбускулярных микоризных симбиозах отсутствуют гены ферментов, участвующих в основном пути биосинтеза липидов, и поэтому они неспособны производить определенные незаменимые жирные кислоты», — объясняет Гутьяр. «В нашем исследовании мы использовали два мутантных штамма модельного растения Lotus japonicus, чтобы выяснить, активно ли растение-хозяин восполняет этот недостаток».
L. japonicus является членом семейства Leguminosae, к которому также принадлежат клевер, горох, фасоль и чечевица. Каждый из мутантов, выделенных командой Гутъяра, имеет дефект в гене, который играет важную роль в синтезе жирных кислот и биосинтезе фосфолипидов. Поразительно, что эти штаммы несут в себе значительно меньшую колонизацию микоризными грибами, чем их аналоги дикого типа. В частности, сильно разветвленные древовидные грибковые структуры, называемые арбускулами, обычно находящиеся внутри клеток корня-хозяина и необходимые для обмена питательными веществами, остаются недоразвитыми.
Сравнительный анализ диапазона жирных кислот и липидов, присутствующих в инфицированных корнях дикого типа и мутантных хозяев, показал, что некоторые жирные кислоты, специфичные для грибов, либо отсутствуют, либо их уровни резко снижаются в колонизированных корнях мутантных штаммов L. japonicus. . «Это говорит о том, что симбионты грибов, которые колонизируют растения с дефицитом биосинтеза липидов, страдают от недостатка необходимых липидов», — говорит Андреас Кеймер, аспирант группы Гутьяра и первый автор нового исследования. Последующие эксперименты по маркировке с использованием стабильного изотопа углерода 13C продемонстрировали, что хозяева L. japonicus дикого типа действительно напрямую снабжают гриб необходимыми липидами.
Другими словами, они не синтезируются грибком из углеродных скелетов сахаров, доставляемых хозяином.Исследователи предполагают, что гриб использует липиды растения в первую очередь для быстрого роста обширных и сильно разветвленных сетей гиф за пределами корня, который он использует для поглощения минералов из почвы. Также для образования спор требуется большое количество этих соединений, вероятно, потому, что споры должны хранить много липидов для поддержки нового прорастания и роста грибковых нитей (гиф), которым сначала необходимо достичь нового корня, прежде чем они снова получат доступ к липидам растений.
Гутьяр и ее команда теперь сосредоточатся на выяснении того, как липиды, синтезируемые растением, транспортируются к симбионту. «Кроме того, также важно определить соотношение сахаров и липидов, доступных грибку», — говорит она. Поскольку синтез липидов обходится дороже, чем производство углеводов, этот параметр влияет на общее количество энергии, вкладываемой растением в поддержание симбиоза.
Лучшее понимание роли биосинтеза липидов в этом типе симбиоза может помочь выбрать растения-хозяева, которые могут оптимально использовать свои взаимоотношения со своими грибковыми партнерами, что может быть полезным для устойчивого сельского хозяйства.