Почти все культурные растения образуют в почве ассоциации с определенным типом грибов, называемых арбускулярными грибами микоризы, которые значительно расширяют площадь их корневой поверхности. Это сотрудничество повышает способность растения усваивать питательные вещества, жизненно важные для роста, сообщает сайт eurekalert.org. 

Чем больше питательных веществ растения получают естественным путем, тем меньше требуется искусственных удобрений. Управление этим процессом принесет огромные дивиденды для производительности сельского хозяйства.

В исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, ученые использовали ярко-красные пигменты свеклы, называемые беталаинами, для визуального отслеживания почвенных грибов, когда они заселяли корни растений.

«Теперь мы можем проследить, как развивается симбиоз между грибами и корнями растений в режиме реального времени с момента их контакта. Ранее мы понятия не имели, как детально происходит это взаимодействие, поскольку не было возможности визуализировать сам процесс на живом растении без использования сложной микроскопии», - сказал д-р Себастьян Шорнак, исследователь Лаборатории Сейнсбери Кембриджского университета и соавтор исследования.

Чтобы достичь результатов, исследователи разработали два модельных вида растений - бобовые и табак - так, чтобы они производили хорошо заметные беталаиновые пигменты, когда в их корнях присутствовали арбускулярные грибы микоризы. Это включало объединение контрольных областей двух генов, активируемых микоризными грибами, с генами, которые синтезируют беталаиновые пигменты красного цвета.

Затем растения выращивали в прозрачной структуре, чтобы была видна корневая система, а изображения корневой системы можно было изучать с помощью планшетного сканера.

Таким образом ученые выбрали красные пигментированные части корневой системы для наблюдения за  спорами грибов, когда они проникают в отдельные клетки растения и образует сложные древовидные структуры, называемые арбускулами, которые растут внутри корней растения. Арбускулы поглощают питательные вещества из почвы, которые в противном случае были бы недоступны растению.

Существуют и другие методы визуализации данного процесса, но они включают выкапывание растения из грунта, а также применение химических веществ или дорогостоящей микроскопии.

Новый подход ученых из Кембриджского университета впервые позволяет наблюдать собственными глазами, как симбиотические грибы колонизируют живые корни растений и со временем заселяют части корневой системы растений.

«Это новый инструмент для визуализации этого и других важных жизненных процессов. Пигменты свеклы имеют характерный цвет, поэтому их очень легко увидеть. У них также есть преимущество в том, что они являются натуральными растительными пигментами, поэтому они хорошо переносятся растениями», - сказал доктор Сэм Брокингтон, научный сотрудник Отдела наук о растениях Кембриджского университета и соавтор статьи.

Грибки микоризы представляют интерес для исследователей в сфере сельского хозяйства. Этот новый метод обеспечивает возможность вести мониторинг жизнедеятельности симбиотических грибов в почвах. Ученые говорят, что это позволит выбрать грибы, которые быстрее всего колонизируют растения и обеспечивают наибольшие преимущества для аграрного сектора.

Понимание и использование динамики колонизации корневой системы растений грибами имеет потенциал для повышения будущего производства сельскохозяйственных культур экологически устойчивым способом. Если растения смогут естественным путем усваивать больше питательных веществ, это уменьшит потребность в искусственных удобрениях - сэкономит деньги и уменьшит связанное с этим загрязнение воды и почвы.