Rostliny, ať již planě rostoucí nebo pěstované, téměř vždy navazují interakce s houbami. Tyto interakce mohou být rozděleny do tří hlavních kategorií: mutualistické, parazitické nebo neutrální.

Jednou z nejběžnějších mutualistických asociací mezi rostlinami a houbami je endofytická symbióza, kdy houby kolonizují rostlinná pletiva, aniž by vyvolaly jakékoliv příznaky onemocnění. Ba naopak endofytické houby pomáhají rostlinám přežít v prostředí, kde jsou vystaveny negativním vlivům biotických stresorů, jako jsou patogeny a herbivoři, stejně jako abiotických faktorů, jako je nedostatek vody, nedostatek dostupných živin nebo nepříznivé teploty.

Hledání vhodných modelových systémů, které nám umožní provádět detailní experimentální analýzy, je klíčové pro rozvoj znalostí v této oblasti. Naší snahou je nalezení ideálních partnerů mezi rostlinami a endofyty což vnímáme jako základní podmínku pro posun v našem chápání jejich vzájemných vztahů. Naše práce se zaměřuje na identifikaci a využití modelových systémů, jako je Brachypodium distachyon a M. bolleyi, pro studium interakcí mezi hostitelskými rostlinami a endofyty. Navržený model nám umožňuje provádět experimentální analýzy, které mohou přispět k lepšímu pochopení mechanismů vzájemných interakcí a jejich využití v zemědělství a ochraně rostlin.

Brachypodium distachyon je modelový organismus, který se často využívá ve výzkumu v oblasti vývoje rostlin, interakcí mezi rostlinami a mikroorganismy, účinků abiotického stresu a evoluční a systémové biologie. Infikováním B. distachyon určitým druhem houby můžeme detailně zkoumat povahu těchto interakcí s hostitelskou rostlinou. Je důležité zdůraznit, že interakce způsobené houbovými organismy u B. distachyon jsou velmi podobné těm, které byly pozorovány u pšenice. Tímto způsobem nám B. distachyon poskytuje cenný nástroj pro studium celé řady biologických procesů.

Druhým partnerem v tomto navrženém systému je vláknitá mikroskopická houba Microdochium bolleyi, patřící do třídy Ascomycota a řádu Xylariales, která se endofytně vyskytuje především v kořenech obilovin a trav. M. bolleyi spadá do skupiny nejběžnějších kořenových endofytů, známých jako "dark septate endophytes" (DSE), což jsou endofytické houby, které mají tmavě zbarvené přepážkované hyfy. Na rozdíl od mykorhizní symbiózy obvykle DSE neovlivňují příjem živin hostitelské rostliny. Avšak mohou sehrávat významnou úlohu v odolnosti rostliny vůči suchu, nepříznivým teplotám a také při obraně rostliny před patogeny. Toto platí i pro druh M. bolleyi, který se na kořenech pšenice projevuje bez jakýchkoli známek onemocnění. Spíše naopak, hraje ochrannou roli vůči širokému spektru patogenů, jako jsou například původci černání kořenů a bazí stébel Gaeumannomyces graminis, patogeny kořenů a listů obilovin Bipolaris sorokiniana nebo patogeny z rodu Fusarium.

Kořenové endofyty mohou zvyšovat odolnost rostlin vůči patogenům jednak přímým antagonismem prostřednictvím mykoparazitismu, antibiózou nebo kompeticí o živiny a prostor. Dalším mechanismem může být spuštění indukované rezistence. Tuto poslední možnost jsme studovali v naší práci. Využili jsme modelovou rostlin B. distachyon, kterou jsme pěstovali ve dvou variantách, jednak s inokulací endofytem a jednak bez endofytu. Obě tyto varianty byly studovány z hlediska jejich reakce na patogenní houbu F. culmorum, kde bylo naším záměrem zjistit, zda rostliny kolonizované endofytem budou odolávat patogenu lépe než rostliny bez endofytu.

Patogenem infikované rostliny vykazovaly výrazné symptomy poškození na listech. Po statistickém vyhodnocení dat bylo zjištěno, že rostliny bez endofytu M. bolleyi byly výrazně silněji poškozeny s vyšší mírou nekrotizace než rostliny s endofytem. U rostlin ve všech variantách byly měřeny hladiny exprese vybraných důležitých genů zapojených do obrany rostlin. Nejprve byly měřeny rozdíly v hladinách exprese mezi kontrolní variantou a experimentálními ošetřeními pouze endofytem nebo pouze patogenem.  Poté u současné inokulace endofytem a patogenem. Významné změny byly zjištěny pouze u některých genů (BdPR1, BdPR9, BdPR10, BdChitinase1) u variant infikovaných patogenní houbou F. culmorum (Obr. 1). U těchto genů byly změny zřetelné po 1 dpi a zejména 2 dpi, ale při posledním odběru vzorků po 8 dpi nebyly zjištěny žádné průkazné rozdíly. Ostatní geny nebyly infekcí patogenem ovlivněny.

Obr. 1 Změny exprese vybraných genů po infekci rostlin patogenem F. culmorum ve srovnání s kontrolní variantou bez patogenu. Hvězdičky v grafu znázorňují statisticky průkazný rozdíl oproti kontrole metodou TUKEY testu (P < 0.05), (dpi = dny po inokulaci).

Inokulace rostlin endofytickou houbou M. bolleyi neovlivnila expresi testovaných markerových genů. Při porovnání variant pouze s patogenem a variant s endofytem a současně s patogenem nebyly zjištěny žádné rozdíly v expresi studovaných genů, přestože došlo k ovlivnění příznaků na listech. Exprese testovaných genů tedy nebyla inokulací endofytem ovlivněna.

Závěrem lze říci, že existuje několik důvodů, proč endofytická houba M. bolleyi a rostlina B. distachyon představují optimální model pro studium interakcí mezi rostlinami a houbami. Předchozí studie potvrdily, že kompatibilita partnerů M. bolleyi a B. distachyon je vynikající a že houba snadno roste v pletivech hostitele. Metoda inokulace je jednoduchá a struktury M. bolleyi jsou v hostitelských pletivech snadno viditelné pomocí světelné mikroskopie (Obr. 2).

Obr. 2 Chlamydospory Microdochium bolleyi v kořenovém vlášení rostliny Brachypodium distachyon (barveno anilinovou modří).

Předchozí studie prokázaly příznivý vliv M. bolleyi na zlepšení imunity hostitelské rostliny. Optimalizované metody a dostupné primery z posledních výzkumů umožňují analýzu genové exprese specifických markerových genů u B. distachyon. Výhodou M. bolleyi oproti striktně biotrofním symbiotickým organismům je možnost kultivace na axenických médiích a díky masivní sporulaci je případná produkce inokula snadnější. Naše výsledky ukazují, že B. distachyon a endofytická houba M. bolleyi mohou být modelovým systémem pro výzkum interakcí mezi rostlinami a houbami. Hlubší znalosti o dynamice kolonizace a přenosu endofytů by mohly být využity ke zlepšení růstu rostlin, odolnosti k abiotickým stresům a biologické ochrany proti patogenům.