Генетика развития арбускулярного микориза (AM)

Анализ контроля над развитием AM, осуществляемого со стороны хозяина, был начат в конце 1980-х гг., когда выяснилось, что мутанты бобовых, отобранные по неспособности формировать клубеньки, часто лишены и микоризации. Это позволило приступить к разработке генетики AM, которая ранее была затруднена тем, что: а) получение мутантов по AM осложнено отсутствием простых методик отбора, позволяющих избежать микроскопирования корней всех мутагенизированных растений; б) регулярный генанализ AM грибов невозможен из-за их гетерокариотического состояния, а также отсутствия стабильного роста ex planta и половых процессов.
Изучение многочисленных мутантов бобовых позволило выявить серию Sym-генов, нарушение которых приводит к двойному фенотипу (Nod Myc). Мутации, прерывающие развитие AM, были классифицированы в два типа:
Мус-1 и Мус-2. Первый тип состоит из мутантов, у которых развитие AM останавливается сразу же после формирования аппрессориев: инфицирующие гифы абортируются при прохождении через эпидермис. Фенотип Мус-1 был выявлен у большинства Нас” мутантов, неспособных к скручиванию корневых волосков при инокуляции ризобиями. Мутанты Мус 2 формируют аппрессории и межклеточный мицелий, однако арбускулы у них не развиваются. У гороха они были выявлены среди мутантов ИГ с нарушениями поздних стадий развития инфекционных нитей, а также у некоторых мутантов Ваr-, неспособных к эндоцитозу ризобий в растительные клетки. Подробный анализ мутантов Мус-2 у модельного бобового Lotus japonicus позволил выявить фенотипы Coi- (инфицирующие гифы, выходя из аппрессориев, проникают в эпидермис, но не могут развиваться в кортексе), Ici- (инфекционные гифы не могут развиваться во внутреннем кортексе) и Ard- (образуются недоразвитые или абортивные арбускулы).
Для выяснения механизмов системной регуляции AM необходимо использовать мутантные формы растений, у которых развитие симбиоза разбалансировано. У бобовых некоторые из таких мутантов (Мус++) были отобраны среди Nod++ мутантов, дефектных по авторегуляции образования клубеньков, что говорит об общности механизмов системного контроля над развитием AM и клубеньков. Усиленное развитие AM выявлено у линий Medicago truncatula с повышенной активностью гена MtChit-3, кодирующего хитиназу класса III, или же гена ENOD40, вовлеченного в гормональный контроль клубенькообразования.
Сходство механизмов контроля AM и клубенькообразования выявлено и на молекулярном уровне. Микоризация приводит к синтезу ряда белков (микоризинов), которые отсутствуют в стерильных корнях. Микоризины составляют 4-5 % белков корня, и некоторые из них идентичны нодулинам, включая белки перибактероидной и периарбускулярной мембран, ранние нодулины ENOD2, ENOD11, ENOD12, ENOD40 и леггемоглобин, который в небольших количествах образуется в клетках, содержащих арбускулы. В корнях М. truncatuia выявляется 300-400 генов, активируемых при развитии AM, причем около 100 генов являются общими для развития клубеньков (эти общие гены предложено назвать «симбиозинами»). Некоторые из этих общих генов участвуют в сигнальных взаимодействиях, осуществляемых при развитии клубеньков и AM (рис. 11.14).
Однако использованный подход к анализу микоризы (через гены клубенькообразования) не позволил вскрыть всю программу развития AM, поскольку у мутантов по развитию клубеньков не удалось выявить нарушений наиболее ранних преинфекционных взаимодействий. Мутанты растений, при взаимодействии с которыми не происходит прорастание грибных спор и формирование аппрессориев, были получены путем прямого отбора по фенотипу Мус- у бобовых (Medicago truncatuia) и небобовых (томаты, кукуруза) растений.