Грибковый патоген отключает механизм защиты растений

Растения капусты защищаются от травоядных и патогенных микроорганизмов, применяя защитный механизм, называемый бомбой с горчичным маслом: при повреждении ткани растения образуются токсичные изотиоцианаты, которые могут эффективно защищать от нападавших. Исследователи из Института химической экологии Макса Планка и Университета Претории теперь в новом исследовании смогли показать, что эта защита также в некоторой степени эффективна против широко распространенного и вредного гриба Sclerotinia sclerotiorum. Тем не менее, патоген использует по крайней мере два различных механизма детоксикации, которые позволяют грибку успешно распространяться на растениях, защищенных таким образом. Образующиеся продукты метаболизма не токсичны для гриба, что позволяет ему расти на этих растениях, сообщает ascania-nova.

Sclerotinia sclerotiorum - это разрушительный грибковый патоген, который может заразить более 400 различных видов растений. Основным симптомом болезни, называемой склеротиновой или белой плесенью, является увядание. Видны также белые хлопкоподобные грибковые споры, которые зарастают листьями и стеблями растений. В сельском хозяйстве выращивание рапса особенно подвержено риску. Болезнь растений может поразить других членов семейства капустных, а также картофель, бобовые и клубнику.

Ученые из Института химической экологии им. Макса Планка в Йене уже давно изучают глюкозинолаты и изотиоцианаты, которые представляют собой особый механизм защиты растений семейства капустных, таких как рапс, редис и горчица. «Мы хотели выяснить, как успешные патогены растений преодолевают защиту растений и колонизируют эти растения. Поэтому мы спрашивали себя, есть ли у широко распространенных грибковых патогенов стратегии адаптации к химической защите растений семейства капустных», - сказал Цзинюань Чен, первый автор исследование, объясняет.

Исследователи смогли экспериментально показать, что защита на основе глюкозинолатов действительно эффективна против грибковых атак. Тем не менее, они также обнаружили две разные стратегии грибка белой плесени для детоксикации защитных веществ: первая - это общий путь детоксикации, который связывает глутатион с изотиоцианатными токсинами. Этот тип детоксикации органических ядов довольно распространен у насекомых и даже млекопитающих. Второй и гораздо более эффективный способ обезвредить изотиоцианаты - это гидролизовать их, то есть ферментативно расщеплять их молекулой воды. Исследователи хотели идентифицировать ферменты и соответствующие гены, лежащие в основе этого механизма детоксикации. Гены, которые обеспечивают успешную детоксикацию этих веществ, уже были описаны у бактерий.

«Мы основали наш поиск на известных бактериальных белках SaxA, чтобы выбрать гены-кандидаты для дальнейших исследований. Затем мы проверили, действительно ли эти гены экспрессируются в больших количествах в грибах, подвергшихся воздействию токсинов, и может ли полученный белок обезвредить токсины». объясняет Даниэль Вассан, один из руководителей исследования. Используя аналитические методы высокого разрешения, ученые смогли идентифицировать и количественно определить метаболиты, выделяемые грибом во время детоксикации. Они также использовали мутантов гриба, в которых ген SaxA-кодирующего был отключен для сравнения. Это выявило, что белок Sax гриба белой плесени активен в отношении ряда изотиоцианатов, что позволяет ему колонизировать различные растения семейства капустных.

Мутанты, лишенные гена для этого пути детоксикации, были значительно снижены в их способности переносить изотиоцианаты. «Однако было удивительно видеть, что эти мутанты усиливали свой общий путь детоксикации, хотя это не компенсировало мутации», - говорит Цзинюань Чен. Конъюгация глутатиона не может детоксифицировать изотиоцианаты почти так же эффективно, как гидролиз. Хотя это кажется метаболически более дорогим для гриба, этот общий путь всегда присутствует, поскольку он помогает грибку детоксифицировать огромное разнообразие ядов. «Вполне возможно, что этот общий путь изначально защищает грибок, в то время как механизмы, необходимые для более специализированного пути, собираются после первоначального воздействия токсина и могут вступить во владение позднее при заражении», - говорит Даниэль Вассан.

В дальнейших экспериментах исследователи хотят выяснить, могут ли другие грибы, которые успешно заражают растения семейства капустных, также детоксифицировать изотиоцианаты тем же путем, и могут ли неродственные виды грибов также разрушать эти токсины. «Тогда мы узнаем, является ли эта широко распространенная детоксикация следствием повторной эволюции грибов, колонизирующих горчицу, или является особенностью, которая сохранялась с течением времени и поэтому обнаруживается во многих грибковых линиях», - Джонатан Гершензон, директор департамента биохимии, где Исследование проводилось, делается вывод.

Вернуться