Новий взаємозв’язок між водоростями та грибами Для науки
Виявлено новий вид симбіозу між одноклітинними зеленими водоростями та грибом: гриб інтегрує водорості у власні клітини, які продовжують рости та розмножуватися.
Гриб Mortierella elongata може жити самостійно, як це має місце вище. Але він також може вступити в симбіоз з одноклітинними зеленими водоростями Nannochloropsis oceanica.
Рослини та гриби - це старі аколіти. Представники двох груп займаються численними симбіозами. Наприклад, лишайники є результатом об’єднання одноклітинних водоростей і грибів, а мікориза, асоціація між грибами та корінням рослин, вражає 90% наземних рослин. Але Чжи-Ян Ду з Мічиганського державного університету та його колеги виявили ніколи не бачену ступінь близькості між двома партнерами: гриб, Mortierella elongata, інтерналізує одноклітинні водорості Nannochloropsis oceanica у свої клітини.
Ці два організми, здатні жити окремо, добре відомі, оскільки їх використовують у виробництві масел для харчових добавок та біодизеля відповідно. Дослідники розмістили їх разом в одному культуральному середовищі. Дуже швидко водорості збираються в скупчення навколо ниток гриба (гіф). Потім, через шість днів, морфологія водоростей змінюється: при безпосередньому контакті з гіфами їх нормально гладка стінка розвиває волокна, що дозволило б їм чіплятися до гриба.
Тому обидва партнери швидко встановлюють близькість. Але вони обмінюються предметами? Щоб з’ясувати це, дослідники вирощували водорості на середовищі, що містить радіоактивний вуглець. Водорості використовують цей вуглець для фотосинтезу і таким чином утворюють радіоактивні органічні речовини. Потім дослідники розмістили ці водорості в контакті з грибом M. elongata. Через тиждень у грибі виявили радіоактивні молекули: водорості тому переносять до нього синтезовану органічну речовину. Використовуючи той самий метод, вони виявили, що обидва партнери також обмінюються азотом на користь водоростей.
Клітини гіфи гриба M. elongata інтерналізують одноклітинні водорості N. oceanica: це називається ендосимбіозом. Це призводить до фотосинтетичної гіфи.
Zhi-Yan Du et al., ELife, 8, 47815, 2019.
Щоб оцінити користь цієї взаємодії, дослідники вирощували N. oceanica та M. elongata окремо та разом у середовищі, бідному поживними речовинами. У присутності гриба водорості мають виживаність, а концентрація хлорофілу вища, ніж концентрація хлорофілу. Це говорить про більшу фотосинтетичну активність. Гриб також виробляє більше біомаси у присутності водоростей, ніж поодинці. Тому це були б взаємні взаємини, принаймні в середовищі, бідному поживними речовинами.
Але ця взаємодія має нову і не підозрювану характеристику. Через місяць спільної культури водорості виявляються всередині клітин грибних гіф. Ці водорості живі, ростуть і розмножуються шляхом ділення клітин. Вперше ми спостерігаємо ендосимбіоз, тобто симбіоз між двома клітинами, одна з яких міститься в іншій, між грибковим господарем та зеленими водоростями. Спостерігаючи еволюцію симбіозу поетапно, дослідники показали, що водорості спочатку утворюють агрегати в кінці гіфи. Клітини біля цього кінця поступово зеленіють, і кількість водоростей, які вони містять, з часом збільшується.
Таким чином, гриб M. elongata відновлює зелені водорості N. oceanica у своєму середовищі, і це специфічно, оскільки N. oceanica не вступає в симбіоз з іншими грибами. Навіть якщо це лабораторні експерименти, той факт, що ці два організми знаходяться в однакових місцях (лимани, приливні зони тощо), свідчить про те, що такий симбіоз можливий у природі.
Встановлення цього ендосимбіозу на очах дослідників породжує теоретичні питання. Тут ендосимбіоз необов’язковий - обидва партнери можуть жити окремо. Але певні ендосимбіози необхідні, такі як ті, що об'єднують фотосинтезуючі клітини з хлоропластами, органели, що здійснюють фотосинтез. Як необов’язкове об’єднання стає важливим для виживання партнерів ?
Численні дослідження, проведені, зокрема, на останніх ендосимбіозах, таких як хроматофора амеби Paulinella, свідчать про зменшення розміру геному симбіонту (інтерналізованої клітини), перенесення його генів в ДНК клітини-господаря та створення механізму молекулярного діалогу між двома партнерами. Подальше вивчення раннього ендосимбіозу між M. elongata та N. oceanica дозволить краще зрозуміти механізми, що ведуть до есенціального ендосимбіозу.