В продължение на милиони години подземните гъби са живели в симбиоза с корените на растенията. Растенията осигуряват фотосинтезиран въглерод, докато гъбите доставят вода и хранителни вещества. За да направят това, тези организми споделят пространство в клетъчния мащаб: гъбичките опъват мрежа от пипала, наречени арбускули, в кореновите клетки на растението и двата организма пренареждат клетките си около тази структура, за да улеснят споделянето.
Наскоро изследователите успяват да проучат отблизо и двете страни на това взаимодействие, използвайки секвениране на РНК, за да разберат генната експресия: едно от първите транскриптомични* изследвания с пространствено разрешение между различни царства досега. Тази статия се появява като заглавна статия в Nature Plants.
"Искахме да разберем по-добре естеството на тази симбиоза на клетъчно ниво – наистина да разберем как тези два типа клетки [на два различни организма] си взаимодействат помежду си, без целия шум или друга биологична активност наоколо", разказва Бенджамин Коул (Benjamin Cole), старши автор на това изследване.
Коул е учен изследовател в Обединения геномен институт (JGI) на Министерството на енергетиката на САЩ (DOE), Служба за потребители на науката на DOE, разположена в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли.
Едно специфично разбиране на тази симбиоза може да предложи подобрения в множество посоки. От страна на гъбите, подземните микоризни мрежи могат да служат като резервоар за въглеродни съединения, които растенията генерират от въглеродния диоксид, който приемат. По този начин стимулирането на тази симбиоза може да подобри начина, по който почвите съхраняват въглерод от атмосферата. За растенията засилването на тази връзка може да подобри суровините за биогорива, растящи в бедни на хранителни вещества полета.
"Това е едно взаимодействие, което позволява на растенията да оцеляват по-добре в тези среди", обяснява Карен Серано (Karen Serrano). Тя е първият автор на тази статия и дипломиран изследовател в Обединения биоенергиен институт (JBEI).
Кредит: Joint Genome Institute
Тези експерименти се фокусираха върху два вида наведнъж: моделните бобови растения Medicago truncatula и микоризните гъби Rhizophagus irregularis.
За да разбере как тези организми си сътрудничат, екипът прилага спорите на R. irregularis директно върху разсад на M. truncatula, отгледан в камера с контролирана среда, така че гъбата да може да колонизира корените на растенията. След това, сравнявайки с контролен разсад, нетретиран с гъбички, учените използват множество подходи, за да разгледат генната експресия както в растителните клетки, така и в гъбичните клетки.
Използвайки техника, наречена едноядрено РНК секвениране, изследователите идентифицират различни типове клетки в кореновите клетки на M. truncatula и профилират тяхната генна експресия.
След това изследователите използват техника, наречена пространствена транскриптомика, за да създадаат карти на експресията на гените. Този метод на пространствена транскриптомия им позволява да разберат генната експресия в кръгови зони на улавяне с диаметър приблизително 55 микрона - около ширината на човешки косъм. При такава разделителна способност тези пространствени транскриптомични данни улавят молекулярна информация както от растителни, така и от гъбични клетки.
Профилиране на малките ядрени РНК (snRNA) в корените на M. truncatula, колонизирани от R. irregularis. a , Преглед на подхода. Коренова тъкан на M. truncatula се замразява бързо за извличане на ядра и последващо snRNA-секвениране с помощта на платформата 10x Genomics Chromium. Интактните единични ядра се емулгират с гелни перли, съдържащи баркодирани олигонуклеотиди в микрофлуидна камера, което води до баркодирана сДНК библиотека след обратна транскрипция. b, UMAP координатите на 16 890 ядра на M. truncatula от три времеви точки на събиране на корени, колонизирани от AM, групирани по сходство в транскрипционните профили. Идентичностите на 16 уникални групи са представени с различни цветове.
"Тъй като тази технология разчита само на улавяне на полиаденилиран транскрипт - всяка РНК, която е от еукариоти - ние успяхме да уловим както растителни, така и гъбични транскрипти", обяснява Серано.
Екипът успява да определи количествено експресията на над 12 000 гъбични гени, в допълнение към свързаните растителни гени.
Като цяло тези данни предлагат подробен поглед както на растителната, така и на гъбичната активност на различни етапи от тази симбиоза. В рамките на тази активност Серано, Коул и техният екип откриват над 1000 гени с повишена регулация, 188 от които съвпадат с предишни проучвания в същата система. С правилната функционална характеристика, тези гени могат да станат регулатори за настройка на тази симбиоза.
"Това са страхотни кандидати за генно инженерство. Нашата надежда е, че научната общност като цяло ще последва този пример", коментира Серано.
Това изследване се фокусира върху сравнително добре разбрана моделна система, така че бъдещите насоки ще бъдат насочени към суровините за биогорива в подобни проучвания.
"Бихме искали да разгледаме симбиозата на арбускуларната микориза в други биоенергийни треви, като сорго и просо. Сега оптимизираме системите, за да можем да ги накараме да работят“, заявява Коул.
Справка: Karen Serrano et al, Spatial co-transcriptomics reveals discrete stages of the arbuscular mycorrhizal symbiosis, Nature Plants (2024). DOI: 10.1038/s41477-024-01666-3
Източник: An inside look at how plants and mycorrhizal fungi cooperate, Lawrence Berkeley National Laboratory
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари