Селекция гриба впятеро ускорила рост риса

Швейцарские ученые попробовали вмешаться в природный процесс, чтобы поставить его на службу сельскому хозяйству. Речь идет о симбиозе высших растений с грибами, благодаря которому многие растения получают необходимые питательные вещества из бедных почв.

Так называемые арбускулярные микоризные грибы прорастают внутрь клеток корней, образуя в них особые внутриклеточные структуры — арбускулы. В основном грибы снабжают растения фосфатами, получая взамен сахара.

Далеко не все растения поддаются такой грибной стимуляции. Например, большинство культурных растений слабо отвечают на симбиоз. А некоторые, как рис, вообще практически не вступают в столь полезные для них отношения с грибами. Ян Сандерс (Ian R. Sanders) и его группа с факультета экологии и эволюции Университета Лозанны (Department of Ecology and Evolution, University of Lausanne) попробовали при помощи генетической манипуляции с микоризным грибом Glomus intraradices исправить положение.

Больше ядер — больше разнообразие

Ученые использовали генетическую особенность грибов — многоядерность. В одной грибной клетке может содержаться несколько сотен ядер, причем эти ядра генетически различны. Они могут сливаться между собой, обмениваться генами, из-за чего при размножении гриб образует генетически разные споры. Ученые называют это генетической сегрегацией.

Glomus intraradices размножается чаще всего вегетативно — обрывками гиф (нитей, из которых, собственно, и состоит мицеллий), поэтому до сих пор никто не доказал, что в его клетках ядра меняются генетическим материалом. Ян Сандерс с коллегами доказали, что это возможно. Они получили генетически разные споры Glomus intraradices и вырастили из них разные генетические линии.

Рис подружили с грибами

Но главное, оказалось, что некоторые из этих генетических линий гриба вступают в успешные симбиотические отношения с рисом. Если эти грибные культуры добавлять в почву при выращивании риса, последний начинает расти в два-пять раз быстрее, чем без гриба или же с добавлением неселектированной грибной культуры.

Проведя генетический анализ, биологи нашли четыре гена, которые изменяли свою активность во время культивации риса с селектированными линиями гриба. Два из них начинали усиленно работать на ранней стадии культивации. Вероятно, они как-то инициируют рост арбускулы внутри корней. Два других активизируются позже. Ученые полагают, что вторая пара генов обеспечивает передачу фосфатов от гриба к растению. Следовательно, симбиоз гриба с корнями растений — микориза — возникает на генном уровне: гриб меняет активность «симбиотических» генов.

Так биологи показали принципиальную возможность управлять симбиозом и получать линии микоризных грибов, ускоряющие рост риса. Они подчеркивают, что не применяли в данном случае генную инженерию, а использовали естественный процесс рекомбинации генов.

Статья о том, как грибы помогли расти рису, опубликована в журнале Current Biology.