冷冻固定和电子断层扫描揭示了丛枝菌根中的新型隔室

农业生产力取决于为作物提供足够的营养。为此，人们有兴趣使用古老的植物与真菌的共生来提高作物从土壤中吸收养分的能力。在大多数植物中发现，共生是在选择的土壤真菌侵入植物根细胞时形成的，使用植物脂质和糖来增殖而不伤害植物。真菌细胞通过将菌丝送入土壤并吸收氮和磷酸盐等营养物质，将它们运回根部并将其提供给植物来奖励植物的热情好客。因为真菌模仿植物根的功能，所以共生被称为菌根(“真菌根”)。许多创业公司都致力于开发真菌接种物，从而促进作物菌根共生的发展。

菌根共生对植物生长的重要性已导致对其形成和功能的大量研究，但仍有一些尚未解决的关键问题。唐纳德丹佛斯植物科学中心成像和显微设施主任霍华德伯格及其合作者在这些共生的皮质根 细胞中发现了一个以前未知的隔室，这对于共生伙伴之间的营养交换和分子通信非常重要。研究结果“ 寄主 - 丛枝菌根真菌界面的广泛膜系统”最近发表在Nature Plants上。

这项研究调查了菌根细胞中植物和真菌接近交换的区域，即周围空间(PAS)，植物细胞膜和真菌细胞膜之间的区域。到目前为止，PAS被认为基本上是植物细胞壁基质，交换的材料在合作伙伴之间传播。该论文表明，该基质中存在植物膜，形成一种将植物细胞质与真菌旁边区域连接起来的管道，真菌还形成与植物管道相邻的膜管。“这些膜阵列表明，这两个共生伙伴已经开发出一种精细的方法来有效地交换营养素和其他以前未知的分子”，Berg说。

该团队的研究建立在之前的研究基础上，采用高压冷冻技术，可以更准确地保存细胞结构。“我们使用冷冻固定来快速冷冻根组织。使用高压喷射(~2000大气压)的液氮，根在6毫秒内冷冻，没有细胞形成冰晶，并提供最先进的细胞结构保存。厚厚的树脂切片和电子断层扫描使我们能够更好地捕获PAS基质中广泛的膜隔室的三维视图，并在丛枝内大量细化膜管，“Berg说。