Potsdamas Maksa Planka Molekulārās augu fizioloģijas institūta pētnieki atklāja, kas notiek ar simbiotiskām attiecībām, kad augs ražo stresa hormonus. Viņu pētījums varētu veicināt jauna veida lauksaimniecību, kurā augiem un sēnēm tiek pievērsta kopīga uzmanība.
Tieši zem mūsu kājām, paslēpts pazemē, pastāv sarežģīts attiecību tīkls: gandrīz visi augi dzīvo ciešā simbiozē ar sēnēm. Šīs sēnes neveido klasiskos augļķermeņus, ko mēs pazīstam no mežiem, un dažos gadījumos tās labprāt ēd. Tās veido plaši sazarotu smalku pavedienu tīklu, ko sauc arī par hifām, kas šķērso augsni. Tikai vienā kubikcentimetrā augsnes sēnīšu hifas var sasniegt aptuveni 100 metru garumu. Lai gan daudzas sēnes sadala atmirušās vielas augsnē, ir specializētas sugas, kas dzīvo cieši kopā ar augiem un ir atkarīgas no dzīvu augu fotosintēzes produktiem. Apmaiņā pret to tās apgādā augus ar ūdeni un minerālvielām. Šī apmaiņas sistēma pastāv jau simtiem miljonu gadu un ir būtiska daudziem sauszemes augiem.
Arbuskulārā mikoriza ir īpaši cieša simbiozes forma , kurā augs nodrošina sēnes hifām brīvu piekļuvi savām saknēm un pat šūnām. Evolūcijas gaitā tā ir attīstījusies par vienu no intīmākajām mijiedarbībām starp dzīviem organismiem. Šī ciešā partnerība starp augiem un sēnēm, kurā notiek ūdens un barības vielu apmaiņa, jau ir ieprogrammēta to ģenētiskajā kodā. Tomēr noteiktos apstākļos augi atsakās no simbiozes ar sēnītēm.
Profesore Karolīna Gutjara un viņas komanda Maksa Planka Molekulārās augu fizioloģijas institūtā Potsdamā pēta, kas tieši notiek auga saknēs, kad tas iesaistās vai noraida simbiozi ar sēnīti. Viņu atklājums: Hormoniem ir arī svarīga loma partnerības veidošanā augos. "Apmēram 40 gadus mēs zinām, ka gāzveida augu hormons etilēns, kas augos tiek ražots stresa apstākļos, piemēram, plūdu laikā, kavē simbiozi starp augiem un sēnēm," skaidro Gutjara. "Tagad mēs esam uzzinājuši, kādi procesi notiek augos un kā mijiedarbojas dažādi augu hormoni. Mēs beidzot zinām, kas notiek, kad augi izlemj par vai pret šo partnerību, ražojot etilēnu."
Divu vadošo autoru, Debatoša Dasa un Kartikjes Varšnejas, eksperimenti parādīja, ka pretēji izplatītajam uzskatam etilēns neizraisa auga imūnsistēmas aizsardzību pret sēnīti. Tā vietā augu hormons stimulē centrālā regulējošā proteīna SMAX1 uzkrāšanos. Šis proteīns spēj nomākt vairākus augu gēnus, kas ir atbildīgi par simbiozes attīstību. Nepiemērotos vides apstākļos augs ražo hormonu, kas kavē tā simbiotiskos gēnus. Simbiozes attīstība tiek samazināta vai vairs nav atļauta. Ja apstākļi mainās, citi hormoni iegūst virsroku pār regulējošo proteīnu, uzsākot tā degradāciju un tādējādi atkārtoti aktivizējot simbiozes attiecības. Augs ir atvērts partnerībai.
Sadarbībā ar Deivida C. Nelsona komandu Kalifornijas Universitātē Riversaidā, autoriem izdevās arī pierādīt, ka etilēns veicina SMAX1 uzkrāšanos pat augos, kas ir zaudējuši spēju veidot simbiotiskas attiecības ar sēnītēm. Tādējādi šī atklājuma nozīme sniedzas tālāk par augu un sēnīšu simbiozi. Nākotnē būs aizraujoši izpētīt šīs parādības lomu ārpus simbiozes.
Izpratne par to, kā augi stresa apstākļos regulē savu simbiozi ar sēnītēm, varētu sniegt informāciju par to, kā īpaši selekcionēt kultūras, kas veido labvēlīgas partnerattiecības ar sēnītēm pat mainīgos stresa vai klimatiskajos apstākļos. Šīs zināšanas, piemēram, nākotnē varētu palīdzēt nodrošināt augus ar pietiekamu daudzumu ūdens un barības vielām pat jaunos klimatiskajos apstākļos un nodrošināt ražu.
oriģinālās publikācijas
Debatosh Das, Kartikye Varshney, Satoshi Ogawa, Salar Torabi, Regine Hüttl, David C. Nelson un Caroline Gutjahr
Etilēns veicina SMAX1 uzkrāšanos, lai kavētu arbuskulāru mikorizas simbiozi
Nature Communications, 27. gada 2025. februāris
Lasīt arī
Sliekai draud briesmas | Pugnalom
