Pflanzenwurzeln sitzen nicht allein im Boden. In der Erde finden Sie auch verschiedene Mikroben. Im Dreck lauern ist Rhizophagus Irregularis, ein arbuskulärer Mykorrhizapilz, der Weizen besiedelt. In einer neuen Studie Hui Tian und Kollegen untersucht, was passiert ist, bevor ein Pilz mit den Weizenwurzeln in Kontakt kommt.
Es gibt über 200 Arten von arbuskulären Mykorrhizapilzen im Boden, aber Rhizophagus Irregularis ist ein besonders nützlicher Pilz zur Untersuchung, wie Dr. Tian erklärte. „Wir haben uns für die Pilze entschieden Rhizophagus Irregularis denn dies ist die einzige arbuskuläre Mykorrhiza-Pilzart, deren Genomdaten aktuell vorliegen.“ Das Team benötigte die Genomdaten, um zu überprüfen, ob der Pilz seinen Weg in die Wurzeln gefunden hatte. „In unserem RNA-seq-Experiment mussten wir mRNA-Sequenzen gegen das Genom des arbuskulären Mykorrhizapilzes kartieren, um zu überprüfen, ob die Wurzeln nicht vom arbuskulären Mykorrhizapilz besiedelt wurden.“
Der Grund Rhizophagus Irregularis nach den Weizenwurzeln ist, dass sie keine eigene Nahrung herstellen können. Dr. Tian sagte, dass arbuskuläre Mykorrhizapilze eine Vielzahl von Beziehungen zu Pflanzen haben. „Die vorteilhafte oder parasitäre Beziehung zwischen arbuskulären Mykorrhizapilzen und Wirtspflanzen kann durch die Handelsbilanz zwischen ihnen bestimmt werden. Die Beziehung könnte durch arbuskuläre Mykorrhiza-Pilzarten und Pflanzenarten oder -sorten erheblich beeinflusst werden. Eine parasitäre Beziehung zwischen Weizen und dem Pilz Rhizophagus Irregularis wurde in mehreren Studien beobachtet. Selbst wenn eine parasitäre Beziehung besteht, können arbuskuläre Mykorrhizapilze die Wirtspflanzen immer noch mit Mineralnährstoffen versorgen, aber sie können zu viel Kohlenstoff von den Wirtspflanzen verbrauchen.“
Um zu sehen, ob die Pilze Pflanzen befallen könnten, ohne sie physisch zu berühren, vergruben Tian und Kollegen Filterbeutel in der Nähe der Pflanzenwurzeln. Die Filter mussten groß genug sein, um die von den Pilzen freigesetzten Chemikalien passieren zu lassen, aber klein genug, um sie am Entweichen zu hindern. Das musste klein sein, da die Pilze sich mit Hyphen ausstrecken, Filamente, die weniger als ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares betragen. Dr. Tian sagte, diese Filter seien entscheidend für den Erfolg des Experiments. „Wir haben eine 0.25-µm-Filtermembran verwendet, um zu verhindern, dass die Pilze physisch mit den Pflanzen interagieren. Bei der Probenahme wurden die Membranbeutel sorgfältig kontrolliert und die Töpfe mit zerbrochenen Beuteln zurückgelassen.“
Was das Team fand, waren Beweise für ein „Gespräch“, das zwischen den Pilzen und Pflanzen stattfand. Dr. Tain sagte: „Nachdem Rezeptorproteine, die sich auf epidermalen Wurzelzellen befinden, Signale empfangen haben, die von arbuskulären Mykorrhizapilzen produziert wurden, wurde die Expression einer großen Anzahl von Genen in den Wurzeln verändert. Das bedeutet, dass sich die Wurzeln auf die Besiedlung vorbereiten. Auf der anderen Seite produzieren Wurzeln auch chemische Signale, die das Wachstum von arbuskulären Mykorrhiza-Hyphen stimulieren und den Besiedlungsprozess steuern. Arbuskuläre Mykorrhiza-Sporen keimen im Boden, wenn genügend Wasser und Feuchtigkeit vorhanden ist; Wenn es jedoch keine chemischen Signale gibt, die von Pflanzen produziert werden, würden Sporen keine Wurzeln besiedeln und tot sein.“
Da es keine Pilze in den Wurzeln gab, wussten Tian und Kollegen, dass alle Veränderungen in den Pflanzen das Ergebnis chemischer Wechselwirkungen waren. Sie fanden nicht nur ein paar Änderungen, wie Dr. Tian sagte. „Viele Gene, die an Schlüsselprozessen während der Entwicklung der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose beteiligt sind, werden in den präphysischen Kontaktstadien reguliert, das ist unsere aufregendste Erkenntnis in dieser Arbeit. Dieser Befund könnte unser traditionelles Denken über die Bildungsprozesse der arbuskulären Mykorrhiza-Symbiose verändern.“
„Unsere Forschung erklärt, warum die Expression einiger Gene durch die arbuskuläre Mykorrhiza-Besiedlung reguliert wird. Außerdem ist es interessant, die Rolle der Transkriptionsfaktor-Gene, die durch molekulare Signale der Symbiose aktiviert werden, bei der Regulierung der Genexpression von Pflanzenwurzeln in der Zukunft zu untersuchen.“
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass „eine Kombination aus Transkriptomik- und GWAS-Studien zur genaueren Bestimmung der Gene, die den AM-Kolonisierungsgrad von Weizenwurzeln in zukünftigen Studien bestimmen“, von Vorteil wäre.
