Новое исследование показало, что растительный белок, который, как известно, обнаруживает соединения, способствующие росту, в дыме от горящей растительности, имеет гораздо более древнюю и более широкую роль: распознавание начальных сигналов, посылаемых полезными почвенными грибами, которые доставляют питательные вещества непосредственно в клетки растений.Определяя молекулярные сигналы, излучаемые через почву дружественными грибами, белок позволяет растению «свернуть красную ковровую дорожку» для колонизации клеток грибами, и все преимущества выживания, которые дает это взаимовыгодное сотрудничество — грибы питаются минералами. например, фосфат в растительные клетки взамен экстракции сахара.Этот «симбиоз» между растениями и некоторыми микробными грибами распространен во всем царстве растений и, как считается, восходит к самым ранним переходам жизни растений из воды в сушу около 450 миллионов лет назад, когда растениям пришлось разработать способы выживания на суше с помощью получать питательные вещества из почвы за много тысячелетий до того, как у них появились корни.
Ученые считают, что эта древняя связь с грибами, вероятно, имела решающее значение для раннего выживания растений на Земле и, следовательно, для эволюции «всей высшей жизни на Земле».В то время как предыдущие исследования показали, что растения могут четко отличать полезные грибы от грибов, которые ничего не предлагают или не вызывают болезни, то, как они проводят различие, оказалось загадкой. Теперь последние исследования раскрыли генетический код растительного белка, который обеспечивает «диалог между царствами» между растениями и грибами, позволяя растениям впускать нужные грибы.
Удивительно, но белок представляет собой фермент, известный науке как рецептор каррикина, растительного гормона, вырабатываемого при сжигании растительности.
Каррикин — от каррика, аборигенного слова для обозначения огня — вызывает прорастание семян у некоторых видов растений, известных как «охотники за огнем»: растений, которые первыми прорастают после того, как лесные пожары опустошили их конкурентов.Хотя только те немногие виды, которые следят за огнем, такие как эвкалипт и некоторые представители семейства табачных, используют белок (называемый D14L) для «настройки на дымовые сигналы», последнее исследование показывает, что этот же белок используется подавляющим большинством растений. на Земле, чтобы настроиться на грибы — воспринимать молекулярные сигналы от дружественных грибов и устанавливать отношения, которые помогали поддерживать жизнь растений на суше за сотни миллионов лет до эволюции корней и семян.
«Этот белок уже был замечен в обнаружении гормонов дыма у нескольких видов растений, преследующих огонь, но теперь мы показали, что это тот же белок, который играет центральную роль в повседневном взаимодействии растений с полезными грибами. симбиоз с грибами используется более чем 80% всех видов растений на планете », — сказала д-р Ута Пашковски из Департамента растениеводства Кембриджского университета, старший автор исследования, опубликованного сегодня в журнале Science."Такие грибковые симбиозы помогли растениям перейти на сушу.
Мы начинаем открывать процесс, который возвращает нас к первым этапам жизни растений на суше около 450 миллионов лет назад, что является одним из ключевых этапов эволюции жизни на планете. Земля, — сказала она.
Для нового исследования ученые нашли первое «мутантное» рисовое растение, которое вообще не было восприимчиво к дружественным грибам. Команда смогла определить недостающий ген и выделила белок D14L как критический элемент для обнаружения этих грибов в растениях.«Грибы и растения выделяют всевозможные молекулы, как диалог через почву, и мы уловили« слуховую »сторону у растений.
Удаление белка делает растение нечувствительным к грибку — другими словами, растение имеет стать глухим ", — сказал Пашковский.При заселении растения полезный гриб расцветает в отдельных растительных клетках, отрастая тонкие усики, называемые гифами, которые проникают в окружающую почву и перекачивают минералы и питательные вещества прямо в сердце растительных клеток.
Например, растения, заселенные дружественными грибами, получают от 70 до 100% фосфатов непосредственно из этих гиф. Взамен гриб получает сахар из растений.
Растения контролируют свое окружение на предмет присутствия других бактериальных или грибковых захватчиков, обычно с помощью «рецепторных киназ». «Мы и другие предположили, что белковый механизм, который используют растения для идентификации полезных грибов, связан с ними», — сказал Пашковски.Она описывает как «настоящий сюрприз» обнаружение белка D14L, белка «гидролазы», который функционирует глубоко внутри клетки и необходим для общения с дружелюбными грибами.Поскольку белок D14L также участвует в ответных реакциях развития растений на свет, Пашковски говорит о «внутреннем ощущении», которое — с этим древним белком, реагирующим на свет, атмосферу (через обнаружение дыма) и почвенную среду (через симбиоз грибов) — может были перекрестком путей развития, жизненно важным для эволюционного скачка растений из океанов.
«Свет; атмосфера; почва: все аспекты кардинально различаются при переходе с воды на сушу, и все адаптации, на которые может повлиять этот единственный белок. Белок D14L может вернуть нас к самым ранним дням жизни на суше», — сказала она. сказал.