Биологи поняли, как заставить растения вступать в симбиоз с грибами

Эффективность сельского хозяйства сильно зависит от удобрений, производимых химической промышленностью. Нужные вещества можно доставить к растениям и другими способами, но для максимальной эффективности ученым приходится рассматривать происходящее в почве на уровне генных механизмов.


Мицелий в клетках корня Lotus japonicus / © Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aec5607

Фосфор критически важен для развития и урожайности сельскохозяйственных культур. При этом фосфатные удобрения при неправильном использовании могут загрязнять реки и даже снижать продуктивность растений.

Один из способов доставить к растению больше фосфора без увеличения использования удобрений — доставить к корневой системе симбиотические грибы. Их мицелий связывается с корнями, образуя микоризы. Через них организмы обмениваются ресурсами. Грибницы становятся расширением корневой системы, добывают для растений фосфаты и другие минеральные вещества. В обмен на них растения снабжают грибы углеводами.

Но производство углеводов требует значительных затрат энергии. Растения не будут оплачивать грибам больше фосфора, чем необходимо и достаточно. А когда почва богата фосфатами, растение и вовсе подавляет симбиоз. При этом лимитирующим веществом оказывается именно фосфор, хотя грибы способствуют и доставке азота, калия и магния.

Немецкие ученые обнаружили молекулярный переключатель, который подает сигнал к началу и подавлению симбиоза. Биологи продемонстрировали, что управление растением с помощью найденного механизма может убедить растения не прерывать симбиотические отношения с грибами даже при достаточном количестве фосфора в почве. Исследование об этом опубликовано в журнале Science Advances.

Биологи работали с модельным, бобовым растением c полностью секвенированным геномом — Lotus japonicus. Ключевым регулятором симбиоза оказался фермент VIH2. Он контролирует выработку инозитолпирофосфатов — молекул, указывающих на количество фосфатов в клетке. Когда этих веществ мало, VIH2 производит мало инозитолпирофосфатов, что дает клетке сигнал к режиму голодания. Это приводит к активации генов, ответственных за добычу фосфатов из внешней среды: начинается перестройка корня и растение инициирует симбиоз с грибами. Если фосфатов в клетке достаточно, этих процессов не происходит.

Ученые подавили действие фермента VIH2 при достаточном количестве фосфатов в среде роста. После этого растения повели себя так, как будто страдали от недостатка фосфора: поддерживали интенсивную колонизацию корней грибами, которая в норме подавлялась бы в этих условиях.

Исследователи отмечают, что устойчивый симбиоз не оказал негативного влияния на рост и развитие организмов-симбионтов. Грибные структуры в корнях оставались стабильными и функциональными, а растения сильнее поглощали фосфаты и другие питательные вещества.

Открытие механизма действия фермента VIH2 может позволить агротехникам целенаправленно манипулировать микоризацией у сельскохозяйственных культур. Однако результатам исследования еще придется прийти проверку в полевых условиях.