Растения зациклились на ризофагии

Для большого дела всегда нужны маленькие помощники, этакие миньоны, малоосмысленные создания с широким потенциалом полезности, которыми можно пожертвовать в любой удобный момент. Растения, например, прибегают к помощи микробов, чтобы вытянуть из почвы максимум питательных веществ. Представители некоторых семейств состоят в симбиозах с азотфиксирующими бактериями, которые живут в утолщениях на корешках (клубеньках) и снабжают хозяев азотом. Однако известно, что разные микробы попадают в клетки корней всех растений, и специализированных органов при этом не образуется. Такие эндофиты могут способствовать росту хозяев, повышать их устойчивость к стрессам и болезням. Вот только механизм таких взаимодействий остается не совсем понятным и недостаточно изученным.

Впрочем, исследования последних лет жирно намекают на существование цикличного симбиоза, в котором периоды свободной жизни микробов чередуются с периодами существования их внутри клеток корешков. Образно выражаясь, растения пожирают микробов своими корешками (процесс получил название «ризофагия», от греч. ῥίζα – корень, φάγειν – поедать), а потом изрыгают часть из них обратно в почву. В свежей научной публикации специалисты из Ратгерского университета (США) и их коллеги именуют это действо циклом ризофагии, описывают детально его суть и выдвигают предположение, что большинство растений, если не все, используют цикл для получения питательных веществ от многочисленных микробных миньонов, живущих в почве.

Цикл ризофагии. Все предельно ясно.

Вот как это происходит. Растение выделяет сахара, белки и витамины кончиками корешков, чем привлекает микробов, – можно сказать, культивирует их, «фермерствует». Микробы подрастают и проникают в кончики корешков – там располагается меристема, ткань активно делящихся клеток, у которых отсутствует жесткая клеточная стенка. Оказавшись в клетках меристемы, микробы теряют свою клеточную стенку и попадают под душ из активных форм кислорода, который разрушает микробную клетку окончательно. Все накопленные микробами питательные вещества оказываются в цитоплазме растительной клетки – теперь они принадлежат коварному растению.

Но погибают не все микробы – некоторые выживают, сбегают из меристемы в эпидермис и стимулируют образование им корневых волосков. Клеточная стенка молодого растущего волоска мягонькая, и через нее микробы легко покидают пленивший их корешок, после чего восстанавливают себе клеточные стенки. В почве отощавшие микробы получают возможность подкрепиться питательными веществами и размножиться. Затем это наивное потомство вновь собирается у кончиков корешков, привлеченное вкуснятиной, и цикл повторяется заново.

«Порядка 50 изученных нами растений демонстрируют, что они участвуют в ризофагии, – уверяет профессор Джеймс Уайт, руководитель исследования. – Похоже, этот цикл используется всеми растениями и является важным механизмом получения ими некоторых питательных веществ. То, что растения активно культивируют микроорганизмы, а затем извлекают из них вещества, – это новое открытие! Некоторые микробы, вовлеченные в цикл ризофагии, усиливают рост растения-хозяина, но рост других растений угнетают».

Корешок тростника обыкновенного (Phragmites australis) в окружении облачка бактерий, которые сейчас будут им «проглочены». Фото: James F. White Jr.

Бактерии, участвующие в цикле ризофагии, многообразны и принадлежат к очень разным группам. Кроме того, в цикл могут быть вовлечены и некоторые грибы, существующие в форме дрожжей. Главное, чтобы микробы, вступающие в симбиоз, были восприимчивы к деградации внутри клеток растения, и в то же время не настолько, чтобы среди них не оставалось выживших. Должна быть определенная совместимость между хозяином и микробом. Опыты показывают, что, например, бактерия Micrococcus luteus люто деградирует в корнях томата и стимулирует рост сеянцев, в то время как в корешках моркови и щавеля она лишь запускает продукцию активных форм кислорода, сама же не только не разрушается, но и активно размножается. С таким микробом супа не сваришь.

«Понимание того, как все это работает, позволит выращивать растения без удобрений или с минимумом удобрений и без гербицидов, – мечтает Уайт. – Мы сможем манипулировать системой, чтобы усиливать рост желанных растений и подавлять развитие сорняков, причем при помощи одних и тех же микробов!»

Но предстоит еще многое прояснить. Остается неясным механизм проникновения микробов в клетки корешков: то ли растение поглощает их путем эндоцитоза, то ли микробы сами активно проникают туда с помощью неких ферментов, то ли и так и этак, то ли еще как. Необходимо также уточнить, какие именно питательные вещества растения добывают путем ризофагии. К тому же большая часть исследований цикла проведена на проростках, то есть совсем юных растениях, – а как ризофагия происходит у растений постарше? Кто знает, кого они едят своими хитрыми корнями…


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: Microorganisms (White et al., 2018)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем только рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Гифы – места для свиданий и катализатор бактериальной эволюции
Как одноклеточные водорослюшки затыкают рот едой
Слизкие сосисы гигантского маиса сосут азот прямо из воздуха


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение