Растение, гриб и вирус объединились, чтобы втроем противостоять высоким температурам
|
Термостойкая трава, растущая на горячих геотермальных почвах в Йеллоустонском национальном парке, обязана своей термоустойчивостью симбиотическому грибу. Ни гриб, ни трава по отдельности не выносят перегрева. Оказалось, что в этом симбиотическом комплексе есть еще и третий необходимый участник — вирус, живущий в клетках гриба. Гриб, «вылеченный» от вируса, теряет способность придавать термоустойчивость растению-хозяину.
Удивительный пример тройного симбиоза описали в последнем номере журнала Science американские биологи, работающие в Йеллоустонском национальном парке (США), где на горячей почве вблизи геотермальных источников произрастает термостойкая трава Dichanthelium lanuginosum, близкая родственница проса. Ранее было установлено, что удивительная устойчивость этого растения к высоким температурам каким-то образом связана с эндофитным (произрастающим в тканях растения) грибом Curvularia protuberata. Если выращивать растение и гриб по отдельности друг от друга, ни тот, ни другой организм не выдерживает длительного нагревания свыше 38°C, однако вместе они прекрасно растут на почве с температурой 65°C. Кроме того, даже в отсутствие теплового стресса растение, зараженное грибом, растет быстрее и лучше переносит засухи.
Авторы обсуждаемой статьи недавно предположили, что гриб помогает растению обезвреживать активные формы кислорода (АФК), образующиеся как побочный продукт реакции растения на стресс (об АФК см.: Ю. А. Лабас, А. В. Гордеева, Л. Г. Наглер. Незримое одеяние голых тварей // Природа, № 12, 2006). Действительно, у растений, лишенных симбиотического гриба, в условиях теплового стресса в листьях образуются заметные количества АФК, тогда как у растений с грибом этого не наблюдается.
Продолжая исследование этой удивительной симбиотической системы, ученые обнаружили, что в ней есть еще и третий обязательный участник — РНК-содержащий вирус, обитающий в клетках гриба. Авторы обнаружили вирус, выделив из клеток гриба две крупные молекулы двухцепочечной РНК, которые, собственно, и представляют собой геном вируса. Одна из молекул содержит два гена РНК-зависимых РНК-полимераз (см. Найден самый древний из ферментов, «Элементы», 11.12.2006). Эти гены обеспечивают репликацию (размножение) вируса. Вторая молекула двухцепочечной РНК также содержит два гена, функцию которых установить не удалось (они не похожи ни на один ген с известной функцией).
Исследователи выделили из гриба не только вирусную РНК, но и сами вирусные частицы. Они похожи на другие грибные вирусы и имеют вид шариков диаметром около 30 нанометров.
|
Ученые решили выяснить, не оказывает ли обнаруженный вирус какого-нибудь влияния на взаимоотношения гриба и растения. Для этого они «вылечили» гриб, подвергнув его мицелий высушиванию и замораживанию при –80°C. Эта суровая процедура приводит к разрушению вирусных частиц (и благо тем организмам, которые могут, как грибы, сами ее выдержать и таким образом исцелиться от вирусных болезней!).
Необходимые для экспериментов «безгрибные» растения получали из семян, с которых снимали оболочку, а затем полоскали 10–15 минут в хлорке. Выращенные из таких семян растения затем заражали (или не заражали) симбиотическим грибом, капая на них из пипетки взвесь грибных спор.
Оказалось, что гриб, «вылеченный» от вируса, не в состоянии сделать растение термоустойчивым. Растения с таким грибом погибали на горячей почве точно так же, как и растения без гриба.
Однако нужно было еще убедиться, что дело тут именно в вирусе, а не в каких-то побочных эффектах тех жестоких процедур, которые применялись при «лечении» гриба от вируса и растения — от гриба. Для этого «вылеченные» грибы были снова заражены вирусом, а этими повторно зараженными грибами, в свою очередь, заразили «вылеченные» растения. Теперь всё было в порядке: заново собранный симбиотический комплекс отлично рос на горячей почве.
Таким образом, для термоустойчивости оказались необходимы все три компонента симбиотической системы: и растение, и гриб, и вирус.
Правда, идея о ключевой роли активных форм кислорода не подтвердилась. Производство АФК в листьях одинаково снижалось у растений, зараженных любым грибом: с вирусом или без.
Напоследок ученые провели совсем уж смелый эксперимент, свидетельствующий о высоком полете творческой мысли: взяли да заразили «грибом термоустойчивости» совершенно другое растение, а именно обыкновенный помидор. Были взяты четыре группы молодых томатов, по 19 растений в каждой. Первую группу заразили «дикой» формой гриба, содержащего вирус; вторую — грибом, вылеченным от вируса, а затем снова зараженным; третью — грибом, лишенным вируса; четвертую вообще оставили без грибов. Затем почву, в которой росли эти помидоры, стали каждые сутки нагревать до 65°C на 10 часов, а остальные 14 часов температура почвы была 26°C. Спустя 14 дней в первой группе в живых осталось 11 растений, во второй – 10, в третьей – 4, в четвертой — только 2.
Таким образом, гриб, зараженный вирусом, способен повышать термоустойчивость не только у своего природного хозяина — однодольного растения Dichanthelium lanuginosum, но и у неродственных растений, относящихся к классу двудольных. Это открытие может иметь большое практическое значение. Трудность пока в том, что авторам не удалось добиться стопроцентной зараженности всех помидоров симбиотическими грибами. Именно этим, по их мнению, объясняется более высокая смертность подопытных томатов на горячей почве по сравнению с Dichanthelium lanuginosum.
Источник: Luis M. Marquez, Regina S. Redman, Russell J. Rodriguez, Marilyn J. Roossinck. A Virus in a Fungus in a Plant: Three-Way Symbiosis Required for Thermal Tolerance // Science. 2007. V. 315. P. 513–515.
См. также:
Н. А. Проворов, Е. А. Долгих. Метаболическая интеграция организмов в системах симбиоза // Журнал общей биологии. 2006. № 6.
О некоторых последних открытиях в области изучения симбиотических систем:
1) Кишечная микрофлора превращает человека в «сверхорганизм», «Элементы», 09.06.2006.
2) Бактерии-симбионты заменили морскому червю органы пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.2006.
3) Клопы кормят свое потомство полезными бактериями, «Элементы», 13.10.2006.
4) Чтобы жить, глубоководные черви заражаются полезными бактериями, «Элементы», 23.05.2006.
5) Муравьи-листорезы приручили бактерий для борьбы с вредителем, «Элементы», 25.01.2006.
6) Прочтен самый маленький геном, «Элементы», 16.10.2006.
7) Ожирение может быть заразным, «Элементы», 25.12.2006.
8) В подводном грязевом вулкане обнаружены неизвестные микробы, «Элементы, 20.10.2006.
9) Первым одомашненным растением был инжир, «Элементы», 05.06.2006.
Популярная англоязычная страничка, посвященная симбиозу:
Interliving? What for? How?.
Александр Марков
