Различия в геномах родственных патогенов растений

Грибы рода Colletotrichum (более 680 видов) вызывают гнили и пятнистость листьев у сельскохозяйственных культур, нанося ущерб в миллиарды евро ежегодно. Учёные под руководством Ричарда О’Коннелла (Институт селекции растений Макса Планка) и Лизы Вайянкур (Университет Кентукки) исследовали генетическую основу двух стратегий заражения: скрытого роста в живых клетках и разрушительного питания мёртвыми клетками.

Две стратегии заражения

Изученные виды различаются по стратегии и специализации:

  • Патоген крестоцветных (включая резуховидку Таля, Arabidopsis thaliana) быстро переключается на полное разрушение клеток растения. Сосуществование и разрушение разделены во времени.
  • Патоген кукурузы одновременно производит белки для скрытого сосуществования в одной части растения и для разрушения клеток — в другой. Стратегии разделены в пространстве.

Анализ генома и транскриптома

Исследование, опубликованное в Nature Genetics, впервые совместило анализ генома и транскриптома (активности генов) у этих грибов во время заражения.

  • Оба гриба имеют сходное количество генов гемицеллюлаз (ферментов, разлагающих клеточную стенку). Однако у патогена кукурузы эти гены активнее, так как клеточные стенки кукурузы содержат больше гемицеллюлозы.
  • Геном патогена Arabidopsis содержит больше генов, вероятно, из-за более широкого круга растений-хозяев. Это особенно касается генов «эффекторов» для защиты от иммунного ответа растения.
  • Оба гриба обладают необычно большим количеством генов для производства вторичных метаболитов (малых молекул, потенциально участвующих в заражении). Эти гены активируются на ранних этапах инфекции и могут стать мишенями для защиты растений.

Новая функция аппрессория

Учёные обнаружили ранее неизвестную сенсорную функцию инфекционного органа гриба — аппрессория. Он не только создаёт давление для проникновения в клетку, но и «распознаёт» поверхность растения:

«На листе аппрессорий включает совершенно другие гены, чем на пластиковой поверхности. Он должен каким-то образом понимать, где находится», — говорит О’Коннелл.

«Аппрессории были открыты почти 130 лет назад, но только наше исследование показало, что они также выполняют сенсорную функцию», — добавляет Йохен Клееманн.