Ученые пролили свет на гонку вооружений между ячменем и грибковым патогеном

Фото из открытых источников

Ученые из Института биохимии растений имени Лейбница (IPB) совместно с партнерами из Кельнского университета обнаружили новую группу защитных веществ в ячмене, которые эффективны против широкого спектра грибковых патогенов. Исключением является возбудитель корневой гнили Bipolaris sorokiniana. Этот гриб нейтрализует защитные вещества и использует их для лучшего роста.

Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Molecular Plant . Исследователи впечатляюще демонстрируют, как патоген не только обходит иммунную систему растения, но и успешно использует ее в своих интересах.

Грибковые патогены вызывают значительные потери урожая различных культур, таких как ячмень, кукуруза и пшеница, особенно в более теплых регионах. Из-за потепления в северном полушарии они также представляют растущую угрозу в наших широтах.

Однако зараженные растения не беззащитны перед атакой патогена. После того, как микроорганизмы проникают в корневую ткань, растение вырабатывает ряд различных защитных веществ, которые называются фитоалексинами. У каждого вида растений есть свой арсенал фитоалексинов. Защитные соединения структурно очень разнообразны и поэтому используют различные механизмы действия для сдерживания патогенов.

Ученые IPB теперь обнаружили ряд новых фитоалексинов в корнях растений ячменя после заражения их различными грибковыми патогенами . Найденные защитные метаболиты относятся к классу веществ дитерпеноидов.

Получив название от латинского названия ячменя (Hordeum vulgare), они получили название hordedanes. Всего в корнях зараженного ячменя было обнаружено 17 различных hordedanes. Метаболический путь внутри растения, который приводит к образованию этих соединений hordedane, также был успешно выяснен учеными.

Hordedanes действуют как противогрибковое средство широкого спектра действия. Прежде всего, они подавляют прорастание спор и рост некоторых вредных и полезных видов грибов. Удивительно, однако, что было обнаружено исключение: рост грибка Bipolaris sorokiniana не только не был впечатлен Hordedanes, он даже рос лучше в присутствии этих фитоалексинов, которые изначально были выработаны для его отпугивания.

Это было обнаружено с использованием мутантов ячменя с ослабленной защитой, которые больше не могли производить хордеданы. Bipolaris sorokiniana росла медленнее в этих мутантах, чем в растениях дикого типа.

Точный механизм этого грибкового контрнаступления пока неизвестен. Однако дальнейшие исследования с наиболее известным соединением хордедана 19-β-гидрокси-гордетриеновой кислотой (19-OH-HTA) показали, что Bipolaris sorokiniana способен окислять 19-OH-HTA и связывать его с грибковыми метаболитами. Это, по-видимому, нейтрализует действие фитоалексина.

В то же время грибок изменяет свою паразитическую форму существования. Bipolaris sorokiniana изначально питается живыми растительными клетками, которые затем разрушает. Патоген очень быстро размножается в живых клетках, а в мертвой растительной ткани образует больше спор для заражения новых растений-хозяев.

Превращая растительные хордеданы в грибковые структуры, патоген может активировать молекулярную сигнальную цепь, которая позволяет ему дольше сохранять живую клетку растения-хозяина, а не убивать ее немедленно. Это способствует более длительной и успешной фазе роста, предполагают ученые. Грибок отламывает кончик копья растения и использует его для собственного роста.

Исследование наглядно демонстрирует, что взаимодействие между патогенами и их растениями-хозяевами очень сложное и до сих пор плохо изучено. В этом взаимодействии патогены выступают в качестве движущих сил эволюции. Они заставляют хозяина постоянно разрабатывать новые адаптивные реакции, которые, в свою очередь, блокируются патогенами, подавляются или обращаются в свою пользу. Благодаря этим взаимным контратакам все вовлеченные организмы постоянно развиваются.