В исследовании, результаты которого опубликованы в журнале PLOS Biology, ученые использовали ярко-красные пигменты свеклы – беталаины, – чтобы отследить, когда почвенные грибы начинают колонизировать корни живых растений. Новость появилась на официальном сайте Кембриджского университета.
Почти все культурные растения образуют ассоциации с определенным типом грибов – грибами арбускулярной микоризы – в почве, что значительно увеличивает площадь поверхности их корней. Это взаимовыгодное взаимодействие повышает способность растения усваивать питательные вещества, жизненно важные для роста.
Чем больше питательных веществ получают растения естественным путем, тем меньше требуется искусственных удобрений. Понимание этого естественного процесса – задача постоянных исследований.
Исследователи сконструировали два модельных вида растений – бобовое и табачное растения – так, чтобы они производили хорошо заметные беталаиновые пигменты, когда в их корнях есть грибы арбускулярной микоризы. Для этого ученые объединили контрольные области двух генов, активируемых микоризными грибами, с генами, которые синтезируют пигменты беталаина красного цвета.
Затем растения выращивали в прозрачной структуре, чтобы была видна корневая система и изображения корней можно было делать с помощью планшетного сканера, не беспокоя образцы.
Используя свою технику, исследователи смогли выбрать красные пигментированные части корневой системы, чтобы внимательнее наблюдать за грибком, когда он проникает в отдельные клетки растения и формирует сложные древовидные структуры – арбускулы, – которые растут внутри корней растения. Арбускулы поглощают питательные вещества из почвы, которые в противном случае были бы недоступны для растений.
Преимущество этого нового метода заключается в том, что растение не нужно выкапывать из земли, чтобы увидеть корни, а также нет необходимость использовать химикаты или дорогостоящую микроскопию. Пигменты свеклы имеют особый цвет, поэтому их очень легко увидеть. Они являются натуральными пигментами, поэтому хорошо переносятся растениями.
Грибы микоризы вызывают все больший интерес в сельском хозяйстве. Этот новый метод дает возможность отслеживать присутствие симбиотических грибов в почвах, что позволит выбрать грибы, которые быстрее всего колонизируют растения и принесут наибольшую пользу в сельскохозяйственных сценариях. С их помощью можно будет в будущем повышать урожайность экологически устойчивым способом.
Гриб ― удивительный организм, чьей способности приспосабливаться к условиям окружающей среды могут позавидовать многие растения. Этой способностью грибы обязаны грибнице (или мицелию), которая прикрепляется к питательной среде и служит для гриба органом, отвечающим за транспортировку питательных веществ.
Грибница похожа на корневую систему растений, однако состоит она не из корней, а из многочисленных белых нитей ― гифов. Чтобы грибу всегда хватало воды и элементов, необходимых для роста, грибница не прекращает развиваться. Можно сказать, что грибы не стоят на месте, а таким образом передвигаются и ищут себе пропитание. Лишь когда условия среды ухудшаются, становясь для грибов «труднопроходимыми», грибница останавливается в росте.
Некоторые грибы вступают в союз с растениями: грибница переплетается с корнями высших (наземных) растений, и вместе они образуют грибокорень. Такое явление называется микоризой. Становясь единым целым, гриб и растение помогают друг другу. Гриб снабжает растение фосфором, калием, цинком и другими полезными веществами, а растение делится с грибом своими углеводами, аминокислотами и фитогормонами. Микоризу составляет огромное количество гифов. Несмотря на незначительный диаметр нити, целая сеть из них может проходить на многие гектары вперед. Даже грибам, оказывается, весело шагать по просторам вместе с кем-те.
Однако не все грибы способны «сдружиться» с растением. Например, этого не могут шампиньоны. Симбиоз им попросту не нужен. Именно поэтому шампиньоны с легкостью разводят в искусственной среде: эти грибы питаются только растительными остатками. Однако это не значит, что к их выращиванию можно относиться небрежно. Для производства шампиньонов очень важно создать условия, приближенные к природным. Влажный воздух и качественный компост ― необходимые условия для их роста. Калининградская агроферма «Биобалт» относится к выращиванию шампиньонов с необходимой бережностью. Их продукт под торговой маркой «Король шампиньон» созревает в теплицах, где для его комфортного роста обеспечены качественный мицелий, органический компост и чистая вода, для полива.
Длинные и тонкие «нити», вероятно, являются окаменевшими грибными гифами.
Иллюстрация Andrew Czaja/University of Cincinnati.
Микрофотографии окаменелостей возрастом 635 миллионов лет.
Иллюстрация Tian Gan et al./Nature Communications (2021).
Учёные обнаружили окаменелые останки древнейших организмов, обитавших на суше. К слову, это не растения и не животные.
Палеонтологи обнаружили окаменелые остатки древнейших грибов, обитавших на суше. Им 635 миллионов лет. Возможно, именно они были первыми появившимися на суше эукариотами. И не исключено, что именно эти организмы помогли биосфере оправиться после глобального оледенения, когда вся Земля была похожа на гигантский снежный ком.
Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Шухаем Сяо (Shuhai Xiao) из Политехнического университета Виргинии.
Грибы – это не только ингредиент вкусных блюд, но и одно из царств эукариот, существующее наравне с животными, растениями и протистами. Эти неприметные на первый взгляд организмы разлагают мёртвую органику, обеспечивают минеральными веществами растения и вообще играют огромную роль во многих экосистемах.
По данным генетических исследований, первые грибы появились от 1 до 2,4 миллиарда лет назад. Не так давно были обнаружены древнейшие ископаемые следы грибов: им около миллиарда лет. То есть эти организмы населяли океан задолго до того, как макроскопическая жизнь вышла на сушу.
Кто же первым колонизировал твердь: растения или грибы? Этот вопрос давно занимает палеонтологов. Древнейшие известные остатки наземных растений имеют почтенный возраст в 475 миллионов лет. А генетический анализ показывает, что зелёные колонисты появились на суше как минимум 500 миллионов лет назад. Но, как теперь оказалось, грибы заселили земную твердь ещё раньше.
Новая находка была сделана в Южном Китае в геологическом слое возрастом 635 миллионов лет. Палеонтологи обнаружили окаменелости во впадинах, которые, предположительно, являются карстовыми пещерами. Подобные пещеры образуются только на суше, так что найденные там организмы наверняка были сухопутными.
Исследователи обнаружили несколько длинных тонких ветвящихся нитей. Их толщина составляет всего несколько микрометров, а полную длину трудно измерить: она явно превышает размеры срезов, изученных под микроскопом.
Анализ показал, что это явно останки эукариот, и больше всего они похожи на грибные гифы. Эксперты, конечно, не сбрасывают со счетов другие возможные объяснения, но «грибная» версия кажется им наиболее вероятной.
«Наши окаменелости, похожие на грибы, на 240 миллионов лет старше предыдущих [ископаемых] рекордного возраста. На данный момент это самое древнее свидетельство [существования] наземных грибов», – заявляет Сяо.
Кроме того, новые ископаемые старше любых окаменелых остатков наземных растений и тем более животных. Возможно, именно грибы и были первыми эукариотами, заселившими сушу. (Впрочем, мало что известно о сроках появления на суше представителей царства протистов).
Между тем заселение суши грибами могло сыграть очень важную роль в судьбе всей биосферы. Напомним, что 635 миллионов лет едва-едва закончилось всепланетное оледенение. Тогда Земля была скованна льдом до экватора, и океаны промёрзли на глубину более километра. В этих суровых условиях биоразнообразие на земном шаре наверняка очень сильно сократилось.
Напомним, что грибы среди прочего способны перерабатывать многие горные породы в вещества, которые могут быть усвоены живыми организмами. Потоки воды должны были уносить эти соединения в океан. Поэтому колонизировавшие сушу грибы могли стать буквально кормильцами для биосферы, возрождавшейся после всепланетного оледенения. И вряд ли можно назвать случайностью, что примерно в это время в морях появлялись древнейшие сообщества макроскопических животных.
Ранее Вести.Ru рассказывали о том, чем ещё биосфера обязана грибам.
«Если рассматривать суммарный генотип, то грибы гораздо ближе к животным, чем к растениям. И тут хочется передать привет вегетарианцам, которые думают иначе. У человека и такого усредненного гриба (среднего грибного ДНК-пула) около 70% общей ДНК. Так что Сергей Курехин врал только на 30%, когда говорил, что Ленин — гриб (популярный телевизионный сюжет-мистификация)»
Репродуктивная структура Phytophthora / USDA Forest Service Pacific Southwest Research Station in Albany, California
Сморчок съедобный / Gzirk
Михаил Вишневский, кандидат биологических наук, миколог, натуралист и популяризатор науки
«Есть смешной анекдот про врача-дерматомиколога, который рассказывает другому врачу о том, что у него работа мечты: пациенты никогда не будят по ночам, никогда не умирают и никогда не выздоравливают. И это практически правда. Если уж на вас сел какой-нибудь дрожжеподобный лишай, то это надолго. По статистике, у 50% выздоровевших спустя 2–5 лет случаются рецидивы»
Михаил Вишневский, кандидат биологических наук, миколог, натуралист и популяризатор науки
«К сожалению, нет универсального признака, который бы позволил на 100% отличить любой съедобный гриб от любого ядовитого. Надо просто знать хорошо в лицо ядовитые грибы своего региона. Все советуют знать съедобные, но это не очень хороший совет, потому что съедобных несколько сотен видов, а реально опасных обычно всегда меньше десятка. Посмотреть в справочниках или интернете, как они выглядят, достаточно просто. И тем не менее стоит вести себя аккуратно. В Англии есть пословица: есть старые грибники, есть смелые грибники, но не бывает старых смелых грибников»
Под термином «грибы» большинство людей тут же представляют плодовые тела высших грибов, которые различаются размерами, формой и окраской. И конечно, большинство людей слабо представляют себе различия между растениями и грибами. Поэтому в сегодняшней статье мы подробно объясним, в чём заключаются основные отличия этих двух миров.
Читайте в статье
Отличия грибов от растений
До недавнего времени и грибы, и растения считались одной группой живых существ. Однако теперь они разбиты на разные группы. Растения и грибы образуют две из пяти групп, составляющих царство живых существ на Земле. Выявление различий между ними является относительно новым явлением. Это стало возможным только тогда, когда в 1700 году был открыт микроскоп.
Основное различие между грибами и растениями:
Интересный момент! Грибы – это организмы, отличающиеся от зелёных растений не только внешним видом и ролью в экосистеме, но и химическим составом. При рассмотрении ДНК грибов они ближе к животным, чем к растениям.
Значение растений в природе
Растения играют основополагающую роль в формировании экосистемы. Благодаря процессу фотосинтеза происходит образование кислорода, который жизненно необходим всем обитателям нашей планеты. Именно кислород, вырабатываемый растениям, защищает землю от ультрафиолетового излучения.
Насыщаясь солнечной энергией, они передают её другим живым существам, а также являются убежищем для большого количества живых организмов, таким образом поддерживая экосистему. Кроме того, именно растения больше всего влияют на процесс почво- и климатообразования на планете.
Значение грибов в природе
Важнейшей задачей грибов в природе является удаление отмерших органических остатков с растений и животных. Наравне с растениями, они играют важную роль в балансировании экосистем и настолько распространены, что составляют большую часть биомассы в любой экосистеме, в которой они встречаются.
Их способность расщеплять органические вещества позволяет успешно перерабатывать трудноусваиваемые материалы, такие как целлюлоза и лигнин.
Процесс пищеварения грибов позволяет выделять из разлагающихся организмов такие элементы, как азот и фосфор, которые необходимы окружающей среде в больших количествах.
Пищеварительные ферменты грибов превращают органические соединения в растворимые питательные вещества, такие как моносахариды, фосфаты и нитраты. Эти элементы сохраняются в мёртвом организме, а благодаря грибам становится доступными и для других видов в экосистеме.
Жизнь многих грибов-сапрофитов связана с конкретными видами растений. Этот симбиоз называется микоризой. Мягкие гифы мицелия обвивают тонкие корни деревьев или проникают в них, после чего поглощают органические соединения, которые образуются в процессе фотосинтеза.
Взамен грибы предоставляют растениям соединения азота и фосфора. Кроме того, грибы выделяют растительные гормоны, регулирующие развитие и рост растения, а также выделяют в почву антибиотики, снижающие вероятность заболевания растений.
Значение растений для человека
Трудно переоценить, насколько важную роль играют растения для человека. Именно разведение и выращивание сельскохозяйственных культур снизило зависимость человека от дикой природы и зародило ту цивилизацию, которую мы знаем сегодня.
Растения используются не только в пищу, как таковые или в виде плодов и семян, но и для изготовления одежды, обуви и тары. Древесина используется для изготовления домов и мебели, а также для поддержания костров и печей. Уголь используется для получения энергии, как и нефть, образовавшаяся из останков животных и растений.
Значение грибов для человека
Человек контактирует с грибами во многих областях — от медицины до земледелия. С прогрессом цивилизации и бурным развитием естественных наук положительные свойства грибов стали целенаправленно использоваться в различных отраслях промышленного производства:
Человек употребляет грибы в пищу, использует дрожжи в процессе брожения для варки пива или вина, добавляет их в выпечку. В фармакологии грибы используются в качестве антибиотиков, называемых пенициллинами и цефалоспоринами.
Грибы используются для получения иммуносупрессивного препарата циклоспорина, который снижает риск отторжения органов после трансплантации и является предшественником стероидных гормонов. Кроме того, грибы используются в производстве противораковых препаратов и препаратов для снижения уровня холестерина.
Заключение
Грибы обладают признаками как растений, так и животных, что долгое время не позволяло отнести их ни к одному из этих царств. На сегодняшний день в биологии грибы классифицируются как отдельное царство и изучаются наукой микологией, в то время как растения изучаются ботаническими науками.
Часто задаваемые вопросы
У грибов нет зелёных тел (хлоропластов), поэтому они неспособны осуществлять фотосинтез.
Жизненный цикл грибов протекает без доступа к свету. Хотя они и способны переносить лёгкий солнечный свет, ультрафиолетовые лучи вредят их развитию. Плодовые тела грибов чаще всего образуются в тихую, безветренную погоду.
Грибы не имеют фотосинтетического аппарата, поэтому они не вырабатывают кислород. Что касается поглощения, то большинству видов грибов для выживания нужен кислород, но не всем. Например, дрожжи лучше всего растут, если у них есть доступ к кислороду, но они способны выжить в среде, в которой кислорода нет вообще.
Характеристика растительного организма Характеристика растительного организма Отдел Папоротникообразные Отдел Папоротникообразные Жизненные циклы растений Жизненные циклы растений Размножение водорослей Размножение водорослей Отдел Мхи Отдел Мхи Классы Однодольные и Двудольные Классы Однодольные и Двудольные Классификация водорослей. Отдел Бурые водоросли Классификация водорослей. Отдел Бурые водоросли Ткани высших растений Ткани высших растений Отдел Голосеменные Отдел Голосеменные Строение семени Строение семени Вегетативные органы растений. Корень, стебель Вегетативные органы растений. Корень, стебель Двойное оплодотворение цветковых Двойное оплодотворение цветковых Строение и жизнедеятельность водорослей Строение и жизнедеятельность водорослей Строение цветка Строение цветка Разнообразие отдела Покрытосеменные Разнообразие отдела Покрытосеменные Классификация водорослей. Отдел Красные водоросли Классификация водорослей. Отдел Красные водоросли Отдел Покрытосеменные Отдел Покрытосеменные Вегетативные органы растений. Лист Вегетативные органы растений. Лист Строение и разнообразие плодов Строение и разнообразие плодов Классификация водорослей. Отдел Зеленые водоросли Классификация водорослей. Отдел Зеленые водоросли Вегетативные органы растений. Побег Вегетативные органы растений. Побег
Селекция микроорганизмов Селекция микроорганизмов Селекция растений Селекция растений Селекция животных Селекция животных
Разнообразие класса Птицы Разнообразие класса Птицы Подтип Бесчерепные Подтип Бесчерепные Классы членистоногих Классы членистоногих Тип Круглые черви Тип Круглые черви Тип Моллюски Тип Моллюски Подтип Оболочники Подтип Оболочники Тип Хордовые Тип Хордовые Общая характеристика надкласса Рыбы Общая характеристика надкласса Рыбы Общая характеристика класса Млекопитающие Общая характеристика класса Млекопитающие Общая характеристика класса Птицы Общая характеристика класса Птицы Подтип Черепные (Позвоночные) Подтип Черепные (Позвоночные) Разнообразие класса Пресмыкающиеся Разнообразие класса Пресмыкающиеся Общая характеристика класса Земноводные Общая характеристика класса Земноводные Тип Кольчатые черви Тип Кольчатые черви Разнообразие класса Млекопитающие Разнообразие класса Млекопитающие Тип Кишечнополостные Тип Кишечнополостные Разнообразие класса Земноводные Разнообразие класса Земноводные Общая характеристика животных Общая характеристика животных Одноклеточные организмы Одноклеточные организмы Разнообразие надкласса Рыбы: класс Хрящевые и класс Костные рыбы Разнообразие надкласса Рыбы: класс Хрящевые и класс Костные рыбы Классы моллюсков Классы моллюсков Тип Членистоногие Тип Членистоногие Общая характеристика класса Пресмыкающиеся Общая характеристика класса Пресмыкающиеся Жизненные циклы паразитических червей Жизненные циклы паразитических червей Тип Плоские черви Тип Плоские черви
Признаки биологических систем Признаки биологических систем Универсальные методы научного познания Универсальные методы научного познания Частные методы биологии Частные методы биологии Ученые-биологи и их открытия Ученые-биологи и их открытия Биологические науки Биологические науки Уровни организации живой природы Уровни организации живой природы
Морфология бактерий Морфология бактерий Физиология бактерий Физиология бактерий Значение вирусов в природе и для человека Значение вирусов в природе и для человека Классификация грибов Классификация грибов Физиология вирусов Физиология вирусов Морфология вирусов Морфология вирусов Значение бактерий в природе и для человека Значение бактерий в природе и для человека Характеристика грибов Характеристика грибов Значение грибов в природе и для человека Значение грибов в природе и для человека Лишайники – комплексные организмы Лишайники – комплексные организмы
Ненаследственная изменчивость Ненаследственная изменчивость Мутационная изменчивость Мутационная изменчивость Гаметогенез Гаметогенез Постэмбриональный период развития Постэмбриональный период развития Типы размножения Типы размножения Ритмическая деятельность организма. Значение сна Ритмическая деятельность организма. Значение сна Половое размножение Половое размножение Влияние вредных привычек на организм и стресса Влияние вредных привычек на организм и стресса Эмбриональный период развития Эмбриональный период развития Органогенез Органогенез Комбинативная изменчивость Комбинативная изменчивость Бесполое размножение Бесполое размножение Организм — целостная саморегулирующаяся система Организм — целостная саморегулирующаяся система
Экологические проблемы Экологические проблемы Признаки экосистем. Типы пищевых систем Признаки экосистем. Типы пищевых систем Виды экосистем Виды экосистем Определение биосферы. Виды веществ по Вернадскому Определение биосферы. Виды веществ по Вернадскому Смена сообществ Смена сообществ Охрана биологического разнообразия Охрана биологического разнообразия Типы взаимоотношений организмов Типы взаимоотношений организмов Среда обитания организмов Среда обитания организмов Виды пирамид. Правило экологической пирамиды Виды пирамид. Правило экологической пирамиды Водные экосистемы Водные экосистемы Типы экологических факторов. Кривая толерантности. Закон Либиха Типы экологических факторов. Кривая толерантности. Закон Либиха Круговорот веществ Круговорот веществ
Геологические эры Геологические эры Формы естественного отбора Формы естественного отбора Синтетическая теория эволюции Синтетическая теория эволюции Теории происхождения жизни на Земле Теории происхождения жизни на Земле Результаты эволюции Результаты эволюции Пути макроэволюции. Биологический прогресс и регресс Пути макроэволюции. Биологический прогресс и регресс Микроэволюция. Способы видообразования Микроэволюция. Способы видообразования Определение вида и популяции Определение вида и популяции Основные эволюционные представления Основные эволюционные представления Свойства популяции Свойства популяции Доказательства эволюции Доказательства эволюции Формы борьбы за существование Формы борьбы за существование
Наследственные заболевания Наследственные заболевания Сцепленное наследование Сцепленное наследование Законы генетики (законы Менделя, закон Моргана) Законы генетики (законы Менделя, закон Моргана) Основные понятия генетики Основные понятия генетики Генетика пола Генетика пола История генетики История генетики
Задание 25. Задание с таблицей Задание 25. Задание с таблицей Задание 26. Задача на подсчет ккал Задание 26. Задача на подсчет ккал Задание 22. Задание с рисунком Задание 22. Задание с рисунком Задание 24. Задание с текстом Задание 24. Задание с текстом Задание 23. Задание на методы биологии Задание 23. Задание на методы биологии
Характеристика предков человека Характеристика предков человека Особенности высшей нервной деятельности человека Особенности высшей нервной деятельности человека Происхождение человека Происхождение человека Высшая нервная деятельность Высшая нервная деятельность
Американские биологи опубликовали статью в журнале Nature Communications, в которой сообщили о взаимодействии обнаруженного ими белка паразитических грибов с ингибитором ферментов, расщепляющих клеточную стенку растений. Это взаимодействие приводит к тому, что защитные механизмы растений перестают работать, и гриб продолжает паразитировать на растении.
Sclerotinia sclerotiorum — паразитический гриб из отдела Ascomycota . Главная особенность этого паразита — его способность формировать покоящиеся структуры склероции. Эти образования дают начало плодовому телу гриба в начале весны, которое начинает паразитировать на растении. S. sclerotiorum вызывает заболевание белая гниль (склеротиниоз). Этой болезни подвержены более 600 видов растений, среди которых экономически значимые растения, например садовые бобы и подсолнухи. Главный симптом этой болезни — мацерация (растворение межклеточного вещества) тканей растения.
Один из элементов клеточной стенки растений — это пектин. В основном этот полисахарид состоит из остатков галактуроновой кислоты. Пектины играют важную роль в росте растений и образовании плодов, но некоторые паразитические грибы, в том числе и S. sclerotorium, вызывают некроз тканей растения, расщепляя этот полисахарид.
Удается ему это с помощью фермента — полигалактуроназы (polygalacturonase, PG), который гидролизует пектин, тем самым снижая тургор растения. Если этот процесс становится длительным, растение начинает увядать, происходит некроз тканей и в итоге оно погибает. Однако растения научились бороться с паразитическими грибами. Для этого они синтезируют PG-ингибурющие белки (PG-inhibiting protein, PGIP), которые обратимо связываются с полигалактуроназой, тем самым не давая ферменту связываться с клеточной стенкой. Это заякоренные в клеточной стенке растений белки, которые защищают растения от проникновения паразитических грибов.
Защита достигается двумя путями: первый заключается в том, что PGIP обратимо связывается с PG, ингибируя его функцию. Второй путь связан с тем, что некоторые PG все же достигают своей цели из-за чего расщепляется пектин. Один из продуктов его распада — олигогалактурониды, которые распознаются PGIP как маркер повреждения растения, что в дальнейшем активирует другие защитные механизмы растений.
Изучая патогенность Sclerotinia sclerotiorum, Вэй Вэй (Wei Wei) из Университета штата Вашингтон и Ляншэн Сюй (Liangsheng Xu) из Северо-Западного университета сельскохозяйственных и лесных наук и технологий вместе с коллегами пришли к выводу, что этот гриб выделяет белок, который взаимодействует с защитными структурами инфицированного растения.
Несмотря на то, что у растений есть механизмы защиты, это не спасает их от заражения паразитическими грибами и дальнейшего некроза тканей. Чтобы обойти PGIP S, sclerotiorum выделяют белок, который обладает большим сродством к этому защитному белку чем PG. Этот белок исследователи назвали PGIP-инактивирующий эффектор 1 (PGIP inactivating effector — PINE).
SsPINE1 (S. scletorotium PINE 1) связывается с PGIP вместо полигалактуронидаз, тем самым занимая активный центр защитного белка. Таким образом получается, что PG остаются активными, а это в свою очередь приводит к расщеплению клеточной стенки растений и некрозу тканей.
Чтобы убедиться в том, что SsPINE1 — белок, который играет важную роль в заражении растения, исследователи вызвали его нокаут. Такие мутантные грибы имели низкую вирулентность по сравнению с немутантными, что выражалось в меньшей продукции биомассы гриба и меньшем некрозе тканей растения.
Подробнее узнать о паразитических организмах вы можете из нашего теста «Обитель зла». Кроме этого в N + 1 ранее писали о других паразитических грибах и заболеваниях, например, о хитридиомикозе, который стал причиной сокращения многих видов амфибий, а также про кордицепс, который заставляет муравьев менять свое поведение.