Микориза (симбиоз грибов и растений)

Коллектив ученых изучил распространенность микоризной инфекции среди растений альпийских ковров Малого Кавказа. Условия произрастания довольно суровы – короткий вегетационный период, длительное залегание снега. Оказалось, что несмотря на экстремальные экологические условия, все изученные растения данного сообщества имеют хорошо развитую микоризу. Более того, растения альпийских ковров с хорошо развитой микоризой некоторых исследованных видов не имели микоризы в других условиях произрастания. Авторы предполагают, что развитие арбускулярной микоризы у растений не склонных в других условиях создавать симбиозы с грибами свидетельствует в пользу адаптивности этого явления в условиях альпийских ковров.

Предложена гипотеза возникновения азотфиксирующих симбионтов растений двумя различными путями. Первый источник симбионтов это почвенные микроорганизмы, способные к самостоятельному усваиванию атмосферного азота, второй – это бактерии-сателлиты грибов Glomeromycota, образующих с растением-хозяином эндомикоризу. В последнем случае бактерии перешли от гриба непосредственно в ткани растения и, при этом, могли получить от гриба гены хитин-подобных сигнальных факторов, необходимых для развития симбиоза. Формирование клубеньковых структур, по-видимому, происходило путем миграции бактерий в подземные запасающие органы растения. Эволюция эффективности питания растений-хозяев могла идти двумя путями: 1. повышение азотфиксирующей активности бактерий; 2. дифференцировка и специализация клеток клубенька с изменением способа ассимиляции (усвоения) азота.

Высшие растения жили в симбиозе с грибами и бактериями в течение всей своей истории. Выход растений на сушу во многом был обусловлен симбиозом с грибами (микориза). Генетические системы, обеспечивающие взаимодействие растений с микоризными грибами, в дальнейшем многократно менялись в связи с вовлечением в симбиоз новых грибов и бактерий. Первичная функция корней состояла в обеспечении симбиоза с почвенными микроорганизмами, и лишь потом корни приобрели способность самостоятельно усваивать питательные вещества из почвы.

Один и тот же ген SYMRK необходим для успешного сожительства растений с тремя типами внутриклеточных корневых симбионтов: грибов (микориза), актинобактерий (актинориза) и бактерий-ризобий. И если микориза появилась уже свыше 450 млн лет назад, то путь для приобретения актинобактерий и ризобий открыла сравнительно недавняя модификация гена SYMRK в одной из групп цветковых растений.

Симбиотические системы, или «сверхорганизмы», занимают в иерархии биосистем промежуточное положение между организмами и экосистемами. Важнейшую роль в функционировании симбиотических систем играет биохимическая интергация – тонкое разделение отдельных этапов обмена веществ между компонентами комплекса. Прогрессивное развитие симбиоза может приводить к интергации даже на уровне геномов, к возникновению общих систем генетической регуляции.