Да, вы не ошиблись, это папоротник и латинское название его рода - Dicsonia, в честь английского ботаника Джеймса Диксона, а видовое название - antarctica - от неверного представления о том, что раз этот вид был обнаружен в Южной Австралии, то наверняка является реликтовым древним обитателем Антарктиды. Впрочем, на самом деле в Антарктиде растений нет. Открою секрет, что, во всяком случае до настоящего времени, ведь климат меняется, а человеческое присутствие на континенте растет и не всегда по заведенным для чуждых ей видов правилам, когда вы читаете о мятлике однолетнем (Poa annua) и луговике антарктическом (Deschampsia antarctica), или колобантусе кито (Colobanthus quitensis), то можете прочесть про их точный ареал, а именно: северо-западная часть Антарктического полуострова, Южные Шетландские и Южные Оркнейские острова, а также юг Аргентины и ЧИли (примерно до 56-го градуса южной широты). А это, как понимаете, уже не совсем Антарктида в ее континентальном понимании, так как расположены уже за полярным кругом (севернее 66,33 градусов южной широты). Естественный же ареалом антарктической диксонии охватывает юго-восточные районы Австралии (штаты Виктория, Новый Южный Уэльс) и остров Тасмания, где он произрастает в прохладных влажных лесах, часто в подлеске или по берегам водотоков. Диксония антарктическая представляет собой древовидный папоротник, формирующий прямостоячий, неразветвлённый ствол (каудекс), который может достигать высоты до 15 метров в природных условиях. Ствол состоит из плотно переплетенных корневищных остатков и волокнистой ткани, что придает ему характерную «мохнатую» текстуру и служит опорой для листьев и выполняет функцию накопления влаги. Листья (вайи) крупные, перистые, длиной до 2-3 метров, с темно-зеленой окраской и кожистой текстурой, растут из верхушечной почки, образуя раскидистую крону. Молодые вайи свернуты в характерные «улитки» и постепенно разворачиваются по мере роста. Как и у всех папоротников, диксония антарктическая не образует цветков и семян, размножение происходит с помощью спор, которые созревают в сорусах, расположенных на нижней стороне вай. Корневая система поверхностная и мочковатая, хорошо развита в верхних слоях почвы, что требует поддержания постоянной влажности субстрата. (https://botan-ai.ru/knowledge/plants/dicksonia-antarctica).
Так вернемся же к эндемику этого чудесного папоротника! Что такое эндемики? Согласно официальному определению, это "микроорганизмы (бактерии, грибы, реже — водоросли, вирусы), которые при определенных обстоятельствах населяют ткани живых растений, не вызывая при этом негативных последствий для их функционирования и развития". Термин обязан слиянию греческих слов "endon" (внутри) и "phyton" (растение). По словам авторов статьи (Strobel, Gary & Ericksen, Amy & Sears, Joe & Xie, Jie & Geary, Brad & Blatt, Bryan. (2017). Urnula sp., an Endophyte of Dicksonia antarctica, Making a Fragrant Mixture of Biologically Active Volatile Organic Compounds. Microbial Ecology. 74. 10.1007/s00248-017-0947-5.), в принципе все растения потенциально могут содержать эндофитные микроорганизмы. На самом деле, эти микробы можно считать ядром микробиома растений [1]. Хотя они не вызывают каких-либо явных признаков или симптомов своего появления у растения, эндофиты могут существовать как симбионты, обеспечивающие хозяину некоторую форму защиты от различных воздействий окружающей среды, таких как нападение насекомых или патогенов, или потенциальных экологических стрессов [2]. Большинство свидетельств в пользу использования вторичных продуктов роль эндофитов во взаимодействии микробов и растений зависит от обстоятельств. Тем не менее, похоже, что эти микробы, как биологическая группа, постоянно доказывают свою привлекательность в качестве новых источников натуральных продуктов [3]. Таким образом, в отличие от свободно живущих микробов, которые могут продуцировать вещества, токсичные для эукариот, у эндофитов такая перспектива представляется менее вероятной. Это может быть так, поскольку микроб живет в ассоциации с высшим организмом, и наличие токсических факторов, исходящих от микроба, безусловно, ограничило бы перспективы эндофитной ассоциации.
Хотя в недавнем прошлом из эндофитов было выделено множество натуральных продуктов с различной активностью и биологическими перспективами, большинство из этих соединений были химически
охарактеризованы как твердые вещества, полученные после экстракции культуральной жидкости [3-5]. Открытие Muscodor albus, эндофита
корицы, выявило еще одну потенциально интересную особенность
эндофитных микробов. Этот гриб вырабатывает мощную смесь
летучих органических соединений (ЛОС), которые либо убивают, либо сильно подавляют широкий спектр патогенных микроорганизмов [6]. После этого открытия было обнаружено по меньшей мере 15 других видов этого микроорганизма, и все они обладают общей способностью
продуцировать биологически активные вещества (БАВ) [7, 8]. Интересно, что многие другие штаммы Muscodor были получены с использованием оригинального изолята M. albus используется в качестве средства для скрининга или уничтожения нежелательных микробов в процессе выделения [9, 10]. Однако иногда некоторые грибы способны противостоять летальному исходу M. albus ЛОС и были выделены из культуры с использованием M. albus в качестве
селекционного источника. Некоторые грибы были выделены из таких источников они оказались интересными и заслуживающими изучения, поскольку многие из них также выделяют ЛОС, обладающие биологической активностью и топливным потенциалом. Среди них Ascocoryne sarcoides,
Hypoxylon sp. (Nodulisporium sp.) и другие (11-13).
(Пояснение от меня - сокращение "sp." обозначает "species", по-латински "вид", то есть означает неопределенный вид указанного рода.)
С момента первоначального открытия M. albus мы постоянно следили за потенциальными компонентами ЛОС в эндофитных культурах из-за их биологической активности и внутренней ценности летучих соединений. Предполагается, что в тропических и полутропических районах мира есть и другие интересные эндофиты из-за высокой влажности и существующего там биологического разнообразия. По этой причине была собрана коллекция растений на южном побережье Австралия, особенно на ограниченных территориях, где в изобилии произрастают древовидные папоротники, например, диксония антарктическая, и другие эндемичные виды растений.
В результате поиска был обнаружен эндофит, который, по-видимому, является видом Urnula sp. который выделяет большое количество ЛОС, а смесь обладает биологической активностью. В то время как некоторые виды Urnula производят вторичные продукты , которые являются антагонистами грибов, нет сообщений о том, что этот род грибов производит биоактивные ЛОС [14, 15]. Несовершенная стадия гриба похожа на гифомицетную; в культуре на стерильных листьях гвоздики образуются крупные конидии. Таким образом, в этом отчете описывается грибной эндофит, состав его смеси ЛОС и биологическая активность, связанная с ЛОС. В отчете также указывает на экономический потенциал некоторых видов Urnula sp. ЛОС и важность этих отдельных соединений для ряда отраслей промышленности, включая производство пищевых продуктов, ароматизаторов, отдушек, биоэнергетики и синтетической химии. О роли этого гриба в окружающей среде на данный момент можно только догадываться, но имеющиеся косвенные доказательства убедительно указывают на определенную роль грибов ЛОС в отношениях между растением-хозяином и потенциальным средством защиты растения-хозяина.
Образец растения-хозяина (D. antarctica) (38° 45' 245" южной широты,
143° 33' 329" восточной долготы) был получен путем срезания верхушечных
частей стебля (примерно 1 × 20 см) с легкодоступных участков растения. Собранные образцы обрабатывали поверхностно, а кусочки внутренней ткани раскладывали на чашках с водным агаром (WA) и глицерол-аргининовой средой (GAM) [12]. Кусочки ткани инкубировали при комнатной температуре в течение нескольких дней. Видимые грибковые наросты из образцов ткани были отобраны в виде кончиков гиф, подвергнуты субкультурированию и в конечном итоге перенесены в Планшеты для КПК. Представляющий интерес эндофит был обозначен как En-22. У него был чрезвычайно приятный аромат свежеиспеченного персикового пирога с ванильным оттенком. Этот микроорганизм не был обнаружен ни в одном другом растении, собранном в этом районе, включая такие виды, как Banksia marginata, Phebalim squameum, Leptospermum juniperium, Solanum aviculaue и Pimelea axiflora. Микроорганизм En-22 хранился при температуре -70°C в живой микологической коллекции
факультета растениеводства Университета штата Монтана под номером 2409.
Авторы пояснили для будущих исследователей: Длительное хранение этих эндофитов дождевых лесов лучше всего проводить в дважды автоклавированных, тщательно увлажненных и промытых (стерильных) семенах ячменя при температуре -70°C.
Тестирование биоактивности летучих веществ гриба En-22 проводилось
на 13-дневных культурах различных грибов. Гриб (En22) выращивали на одной стороне пластины PDA (картофельно-декстрозный агар) в форме полумесяца, удалив от центра участок длиной 2 см, оставив другую половину полумесяца для тестируемого организма [6]. Грибковые посевы (срезы размером 1 мм3 на агаровой пробке) помещали на тестовую чашку и проводили измерения гифов после 30-часовой инкубации при 22°C. Последние шесть измерений роста гиф (от края агарозного слоя), разделяли их на три отдельных замера, и средний рост вычисляли через стандартное отклонение среднего значения. Грибковые
подопытные организмы, представляющие контрольную группу, выращивались на PDA без En-22. Ряд тщательно отобранных тест-организмов, связанных с растениями (в основном фитопатогенные грибы) они использовались в биологических исследованиях, и в их число входили Pythium ultimum, Cercospora beticola, Sclerotinia sclerotiorum, Fusarium solani, Trichoderma viridae, Botrytis cinerea, Aspergillus niger, Ceratocystis ulmi и Rhizoctonia solani.
Результаты
Дважды проведенный анализ ITS-5.8S в BLAST показал, что En-22 был наиболее филогенетически сходен (уровень 96% и охват 77%) с аскомицетом Urnula camplyospora (номера в генбанке JX669831 и JX669830) со значением E, равным 0 (Fig. 3).
При выращивании на PDA гриб образует беловатый, кремовый
воздушный мицелий. При выращивании этого гриба на различных субстратах, таких как пикнидии, аскервулы или перитеции, никогда не наблюдалось никаких форм плодоношения. Однако макроконидии и микроконидии были обнаружены при выращивании микроорганизма на листьях гвоздики, помещенных на водный агар, но отличительные конидиеносцы были неочевидны. Макроконидии были размером 10-11 × 22-27 мкм, одноклеточные, гладкие, прямые эллипсоиды с тупой вершиной и основанием, резко сужающиеся в усеченный рубец (Fig. 2). Размеры микроконидий варьировали от 3 до 8×1-1,5 мкм. Оба типа спор почти во всех отношениях идентичны тем, которые образуются у Cryptosporiopsis spp. (несовершенная стадия (анаморфа) Pezicula spp.). (Pezizales), но в данном случае конидиомы никогда не наблюдались [16].
Обнаруженные с помощью газовой хроматографии — масс-спектрометрии сложные эфиры придают смеси ЛОС фруктовый оттенок, но общий запах культуры усиливается за счет всех других компонентов ЛОС, многие из которых относятся к пищевым продуктам и ароматическим веществам. К числу интересных примеров ценных ароматических соединений относятся пиразины, которым присущи древесные, шоколадные и кофейные свойства. Сквален и 6-
октадеценовая кислота используются в косметике наряду с 2-фенилэтиловым спиртом. Ванилин и метилванилин являются важными вкусовыми веществами, придающими аромат ванили ЛОС, содержащиеся в грибах, в то время как родственные соединения, такие как фенол,4-этил-2-метокси обладают гвоздично-пряным ароматом, а фенилэтиловый спирт - цветочным. Кроме того, изоментол обладает древесным запахом, а 1-гексанол, 2-этил - слабым приятным запахом.
В промышленности находят применение и другие соединения, такие как
метанон, дифенил, который используется в качестве фотоинициатора, и
фенол, 2-метокси, который является предшественником ароматизаторов ванилина и эвгенола. Наконец, химическая природа остальных ЛОС Urnula sp. неизвестна, но, несомненно, в конечном итоге будет доказано, что они содержат другие важные вещества и ценные соединения, и сюда, вероятно, входит идекалактон, который является персиковым лактоном (Fig. 4). Это представляется вероятным, поскольку смесь ЛОС содержит семейство производных декана (децена), включая наиболее распространенное соединение
в смеси ЛОС, которым является 4-децен.
Интересно, что, хотя известно, что микробы производят пищевые продукты,
ароматизаторы и отдушки, обычно бывает так, что любой выбранный микроб может выполнить один шаг в длительном технологическом процессе для получения конечного продукта [17]. А для получения конечного продукта
в среду, на которой растет микроб, необходимо добавить соответствующий прекурсор [17].
Это подтверждается хорошо изученным и промышленным примером превращения рицинолевой кислоты в γ-декалактон с ароматом персикового лактона дрожжами, такими как Sporidiobolus salmonicolor [17]. Кроме того, есть несколько примеров того, как микробы вырабатывают множество сложных эфиров, а также низкомолекулярные кислоты, спирты и терпеноиды. Вот некоторые из них Ceratocystis moniliformis производит широкий спектр сложных эфиров, а дрожжи Kluyveromyces lactis производят новые вкусовые терпены, такие как цитронеллол, линалоол и гераниол [17]. M. albus и Muscodor crispans также производят широкий спектр сложных эфиров, кислоты, кетоны и терпены [6, 9, 10]. Однако на сегодняшний день, по-видимому, нет примеров грибов, которые выделяли бы такой широкий спектр важных вкусовых, ароматических и других летучих веществ, как Urnula sp. (Fig. 4 и table 2). Образование такого широкого спектра ЛОС, несомненно, связано со сложным субстратом, на котором они были выращены.
Список литературы
1. American Society of Microbiology (2013) How microbes can help
feed the world. ASM Special Report, Washington.D.C
2. Bacon C, White J (2000) Microbial endophytes. Marcel Dekker,
Inc., New York
3. Strobel GA, Daisy B (2003) Bioprospecting for microbial endophytes and their natural products. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 67:
491–502
4. Guo B, Wang Y, Sun X, Tang K (2008) Bioactive natural products
from endophytes: a review. Applied Biochem Microbiol 44:136–
142
5. Verma VC, Kharwar RN, Strobel GA (2009) Chemical and functional diversity of natural products from plant associated endophytic fungi. Nat Prod Comm 4:1511–1532
6. Strobel GA, Dirksie E, Sears J, Markworth C (2001) Volatile antimicrobials from Muscodor albus, a novel endophytic fungus.
Microbiol 147:2943–2950
7. Strobel GA (2011) Muscodor albus and its biological promise.
Phytochem. Rev. 10:165–172
8. Strobel GA (2012) Muscodor albus—the anatomy of an important
biological discovery. Microbiol. Today 39:108–111
9. Ezra D, Hess WM, Strobel GA (2004) Unique wild type endophytic
isolates of Muscodor albus, a volatile antibiotic producing fungus.
Microbiol 150:4023–4031
10. Mitchell AM, Strobel GA, Hess WM, Vargas PN, Ezra D (2008)
Muscodor crispans, a novel endophyte from Ananas ananassoides
in the Bolivian Amazon. Fungal Divers. 31:37–43
11. Stinson M, Ezra D, Hess WM, Sears J, Strobel GA (2003) An
endophytic Gliocladium sp. of Eucryphia cordifolia producing selective volatile antimicrobial compounds. Plant Sci. 165:913–922
12. Tomsheck A, Strobel GA, Booth E, Geary B, Spakowicz D,
Knighton B, Floerchinger C, Sears J, Liarzi O, Ezra D (2010)
Hypoxylon sp. an endophyte of Persea indica, producing 1,8-cineole and other bioactive volatiles with fuel potential. Microb. Ecol. 60:903–914
13. Mends MT, Yu E, Strobel GA, Hassan SRU, Booth E, Geary B,
Sears J, Taatjes CA, Hadi M (2012) An endophytic Nodulisporium
sp. producing volatile organic compounds having bioactivity and
fuel potential. J. Petrolem Envir Biotech 3:3. doi:10.4172/2157-
7463.1000117
14. Fons F, Froissard D, Bessiere JM, Buatois B, Rapior S (2010)
Biodiversity of volatile organic compounds from five French ferns.
Nat Pro Commun 5:1655–1658
15. Ayer WA (1995) Application of natural products chemistry to a
biological problem. Canadian J Chem 73:465–470. doi:10.1139/
v95-061
16. Booth E, Strobel G, Knighton B, Sears J, Geary B, Avci R (2011) A
rapid column technique for trapping and collecting volatile fungal
hydrocarbons. Biotech Lett 33:1963–1972
17. Strobel GA, Spang S, Kluck K, Hess WM, Sears J, Livinghouse T
(2008) Synergism among volatile organic compounds resulting in
increased antibiosis in Oidium sp. FEMS Microbiol. Lett. 283:140–
145