Как грибы помогают деревьям переносить засуху

Один из самых распространённых микоризных грибов нашёл общий язык с деревьями благодаря своим белкам, которые помогают качать воду внутрь клетки.

Грибы и растения начали жить в симбиозе очень давно, и польза от грибов растениям оказалась настолько велика, что даже непонятно, смогли ли бы деревья, кусты и пр. так прочно обосноваться на суше, если бы не их симбионты. Речь идёт, конечно же, о микоризе, когда грибной мицелий оплетает растительные корни, проникая в промежутки между клетками (порой и в сами клетки): гриб получает от растения питательную органику и фитогормоны, а сам облегчает дереву – обычно микориза формируется на древесных корнях – всасывание воды и минеральных веществ, которые без гриба для растения были бы просто недоступны. Для современных деревьев и вообще для лесных экосистем значение грибов симбионтов трудно переоценить, так что понятно, почему биологи пытаются понять механизмы растительно-грибного сотрудничества во всех деталях.

Один из самых распространённых микоризных грибов – Cenococcum geophilum из класса Дотидеомицетов: C. geophilum можно найти в разных географических зонах, от Арктики до субтропиков, но особенно часто он встречается в микоризе у тех растений, которым приходится выживать в экстремальных условиях. (Любопытно, что это вообще единственный симбиотический вид из всех Дотидеомицетов, которых насчитывается около 19 000 видов и среди которых много фитопатогенов.) Исследователи из Объединённого геномного института вместе с коллегами из других научных центров Америки и Европы сравнили геномы C. geophilum с двумя его близкими родственниками, которые никогда не были замечены в микоризе. Авторов работы интересовал транскриптом клеток гриба, то есть полный состав молекул РНК – как известно, если ген активен, на его ДНК синтезируются РНК-копии, и по количеству таких копий и по их «видовому составу» можно многое узнать о том, как клетка себя чувствует, чем она занята и т. д.

Сравнение C. geophilum с двумя родственными грибами показало, что у него действительно есть некоторые особенности, которые выдают в нём, так сказать, профессионального симбионта. Во-первых, как говорится в статье в Nature Communications, у C. geophilum мало ферментов, разрушающих стенку растительных клеток – такие ферменты есть у обычных, не микоризных грибов, которые сами разрушают почвенную органику, делая её пригодной для себя. В то же время у C. geophilum оказались чрезвычайно активны гены, кодирующие белки, которые встраиваются в клеточную мембрану и помогают перекачивать в клетку воду. Активность этих генов настроена на засуху, так что нет ничего удивительного в том, что деревья сформировали симбиоз с C. geophilum – он помогает им добывать воду, особенно когда её мало. (Хотя молекулярные детали процесса тут ещё предстоит выяснить.)

Вряд ли стоит подробно объяснять, какое большое практическое значение у подобных работ: узнав генетические подробности взаимоотношений деревьев и грибов, мы сможем повысить эффективность симбиоза и тем самым, например, ускорить восстановление лесов там, где они – нашими же стараниями – находятся под угрозой исчезновения.