Wzajemnie korzystne relacje między grzybami a roślinami
Natura jest pełna symbiotycznych relacji — od pijawnika, który czyści zęby krokodyla, po błazenki i ukwiały. Czasami jednak, aby ten związek działał, jedna z uczestniczących stron musi się dostosować. Weźmy na przykład mikoryzę arbuskularną — symbiozę między roślinami i grzybami, która opiera się na wzajemnej wymianie składników odżywczych. „Grzyb zbiera mineralne składniki odżywcze z gleby i transportuje je bezpośrednio do korzenia rośliny” — mówi Caroline Gutjahr, dyrektorka Instytutu Fizjologii Molekularnej Roślin im. Maxa Plancka. „W zamian grzyb otrzymuje od rośliny węglowodany i lipidy, które wytworzyła poprzez fotosyntetyczne wiązanie węgla”. Większość tej wymiany składników odżywczych odbywa się za pośrednictwem silnie rozgałęzionej struktury grzyba o drzewiastym kształcie, zwanej arbuskułą, oraz komórki rośliny żywicielskiej. Aby jednak arbuskuła mogła się uformować, komórka rośliny żywicielskiej musi przejść wewnętrzną reorganizację, mającą postać stopniowego procesu. „W pierwszym etapie komórka tworzy strukturę subkomórkową, która umożliwia grzybowi wniknięcie i utworzenie pnia” — wyjaśnia Gutjahr. „Następnie arbuskuła zaczyna rozwijać gałęzie, a po kilku dniach wymiany składników odżywczych zapada się i znika z komórki gospodarza”. Naukowcy wiedzą, że ten układ musi być ściśle regulowany, ale pozostaje pytanie: w jaki sposób odbywa się ta regulacja? Odpowiedź na to pytanie pomaga znaleźć finansowany ze środków UE projekt RECEIVE. „Czynniki transkrypcyjne mogą napędzać rozwój arbuskuł poprzez regulację genów, które w skolonizowanych komórkach aktywują się falami, uruchamiającymi kolejne etapy rozwoju” — dodaje Gutjahr. „Projekt miał na celu zidentyfikowanie czynników transkrypcyjnych i ich genów docelowych, które napędzają rozwój arbuskuł”. Czynnik transkrypcyjny to białko, które kontroluje, kiedy i w jaki sposób geny są włączane lub wyłączane w komórce.
Jak reakcja na głód fosforanowy reguluje mikoryzę arbuskularną
Na początek wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt przyjrzał się korzeniom mikoryzowym, które łączą grzyb z rośliną, ze szczególnym uwzględnieniem fal translacji zachodzących podczas rozwoju arbuskuł. „Nie tylko byliśmy w stanie lepiej scharakteryzować białka, o których wiadomo, że są obecne na różnych etapach rozwoju arbuskuły, ale także zidentyfikowaliśmy nowe czynniki transkrypcyjne zaangażowane w rozwój arbuskuły” — zauważa Gutjahr. Naukowcy odkryli również, w jaki sposób mikoryza arbuskularna jest powiązana z reakcją na głód fosforanowy. Reakcja ta jest kluczowa dla pomocy roślinom w przystosowaniu się do niedoboru fosforu. Jednak naukowcy odkryli, że pomaga ona również regulować mikoryzę arbuskularną. „To pokazuje, że mikoryza arbuskularna jest tak naprawdę częścią strategii roślin reagowania na głód fosforanowy, a nawet jest regulowana wspólnie z innymi reakcjami na głód fosforanowy przy użyciu tego samego czynnika transkrypcyjnego” — wskazuje Gutjahr. Szczegóły tego odkrycia zostały opublikowane w piśmie Nature Communications.
Dalsze przygody z mikoryzą arbuskularną
Projekt RECEIVE nie tylko odpowiedział na od dawna zadawane pytanie, w jaki sposób rośliny regulują mikoryzę arbuskularną w odpowiedzi na poziom fosforanów, i odkrył nowe regulatory transkrypcji, ale też opracował nowe metody badania mikoryzy arbuskularnej w warunkach laboratoryjnych. Naukowcy już teraz wykorzystują te metody do badania, które warunki środowiskowe wpływają na działanie czynników transkrypcyjnych regulujących mikoryzę arbuskularną i za pomocą jakiego mechanizmu molekularnego. „Nasze badania poszerzyły naszą wiedzę na temat mikoryzy arbuskularnej, jednocześnie otwierając drzwi do ekscytujących nowych możliwości eksperymentowania w naszym laboratorium, które z pewnością będziemy realizować w najbliższej przyszłości” — podsumowuje Gutjahr.
Słowa kluczowe
RECEIVE, mikoryza arbuskularna, grzyby, rośliny, związek symbiotyczny, grzyb, arbuskuła, czynniki transkrypcyjne, głód fosforanowy
