Плесневые грибы известны тем, что портят фрукты и овощи на хранении. Однако ученые нашли способ превратить патогенную корневую плесень в полезный для растений продукт.
Корневая плесень Colletotrichum tofieldiae (Ct) имеет как вредные, так и полезные штаммы. Вредные воздействуют на растения угнетающе, а полезные, напротив, способны оказать поддержку в том случае, когда растениям не хватает фосфора, важного питательного вещества для фотосинтеза и роста. В новом исследовании ученые Токийского университета поработали с уникальным патогенным штамм грибов под названием Ct3, чтобы изменить его характер. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Сравнивая полезные и вредные штаммы Ct, ученые обнаружили, что активация одного кластера генов вторичного метаболизма грибов определяет негативное воздействие гриба на растение- хозяин. Когда кластер был разрушен генетически или из-за изменения окружающей среды, поведение грибов изменилось с подавления роста на стимулирование.
«Связанные с растениями грибы демонстрируют различный образ жизни: от мутуалистического (полезного) до патогенного (вредного) в зависимости от среды-хозяина. Однако механизмы, с помощью которых эти микробы определяют свой функционал, остаются плохо изученными», - говорит доцент Кей Хирума из Высшая школа искусств и наук Токийского университета.
«Мы проанализировали генетическую информацию различных штаммов корневого гриба под названием Colletotrichum tofieldiae с помощью сравнительного транскриптомного анализа, который позволил нам изучить различия в экспрессии генов между каждым штаммом. Удивительно, но мы обнаружили, что у гриба есть один кластер генов вторичного метаболизма, называемый ABA-BOT, и он исключительно определяет, проявляет ли гриб патогенные или мутуалистические черты по отношению к растению-хозяину», - поясняет исследователь.
Было доказано, что полезные штаммы Colletotrichum tofieldae увеличивают рост и урожайность экономически важных культур, таких как кукуруза и томаты. В этом исследовании был взят кресс-салат в качестве растения-хозяина, культуру инокулировали шестью штаммами Ct из разных географических мест.
Пять штаммов, как и ожидалось, значительно способствовали росту растений, но шестой, названный Ct3, подавлял поглощение питательных веществ и вызывал симптомы заболевания.
Итак, в чем состояла причина столь радикального изменения?
«Мы определили два ключевых момента: во-первых, со стороны грибов Ct3 активирует кластер генов биосинтеза ABA-BOT; и, во-вторых, со стороны растений, Ct3 индуцирует сигнальные пути ABA у растения-хозяина, посредством которых гриб подавляет рост, - объяснил Хирума. – Выяснилось, что как патогенные, так и мутуалистические штаммы Colletotrichum tofieldae содержат кластер генов ABA-BOT, но мутуалистические штаммы его не экспрессируют, т. е. гены не активируются. Это открытие стало неожиданностью, поскольку традиционно считалось, что патогены и мутуалисты имеют разные характеристики, но эти результаты позволяют предположить, что они более тесно связаны. Когда кластер генов был нарушен либо на генетическом уровне, либо в результате изменения окружающей среды растения, Ct3 стал непатогенным и даже стал полезным для хозяина, способствуя росту корней. Хотя необходимы дальнейшие исследования, похоже, что кластер генов ABA-BOT может способствовать патогенезу различных грибов, помимо видов Ct. Например, он может участвовать в патогенезе Botrytis, поражающего овощные и фруктовых культуры, например, клубнику».
«Если мы получим полное понимание регуляторных механизмов, управляющих кластером генов вторичного метаболизма грибов, мы сможем разработать метод избирательного подавления потенциального патогенеза и превратить вредные грибы в полезные. Я думаю, что даже патогены могут проявлять безвредные характеристики в течение значительной части своего жизненного цикла. Фактически, я начинаю рассматривать возможность того, что то, что мы традиционно называем патогенами, может фактически функционировать как полезные микробы при других условиях», - заключил Хирума.
(Источник: University of Tokyo. На фото показан поразительный эффект вредного штамма Ct3 (крайний справа), значительно ограничивающего рост корней, по сравнению с полезным Ct, увеличивающим рост корней кресс-салата (в середине). Фото: 2023, К. Хирума).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.