Патоген растений генетически адаптирует атаку к каждой части растения-хозяина

Исследователи из Стэнфорда обнаружили, что вызывающий опухоли грибок кукурузы Ustilago maydis (головня кукурузы) использует разные «оружия» из своего генетического арсенала в зависимости от того, какую часть растения он заражает. Это первый известный случай тканеспецифичного нацеливания у патогена.

Это открытие опровергает традиционные представления о том, как патогены атакуют, и может указать путь к новым подходам в борьбе с болезнями не только растений, но и людей. Головня кукурузы — это растительный рак.

«Это устанавливает новый принцип в фитопатологии: патоген может адаптировать свою атаку, чтобы специфично использовать свойства ткани или органа, в котором он растет», — сказала Вирджиния Уолбот, профессор биологии и старший автор статьи в Science.

До сих пор патологи предполагали, что патоген использует всё своё оружие независимо от части организма, которую заражает. Однако команда Уолбот обнаружила, что только около 30% генов в геноме головни всегда активны («экспрессируются»), независимо от того, находится ли грибок в проростках, взрослых листьях или метёлке.

Остальные 70% генома грибок выбирает в зависимости от заражаемой ткани. Некоторые из этих генов экспрессировались только в одном из трёх изученных органов, другие — в двух из трёх.

Команда также обнаружила, что разные части растения кукурузы активируют разные гены в ответ на атаку.

Исследователи надеются, что это открытие стимулирует новые эксперименты с существующими патогенами, включая возбудителей болезней человека, таких как рак. Если человеческие патогены также избирательны, это может привести к разработке препаратов, специфичных для конкретного органа или ткани, что снизит ущерб для пациента.

Исследование началось с наблюдения, что определённые мутантные линии кукурузы были устойчивы к головне. Ключевым фактором, определяющим интенсивность заражения, оказался потенциал роста конкретного типа ткани. Больший потенциал роста коррелировал с более интенсивным заражением и более крупными, многочисленными опухолями.

Эксперименты с различными мутантными штаммами головни показали, что штамм, эффективный в вызывании опухолей в метёлках, мог быть совершенно неэффективен в проростках. Это указывало на участие разных генов грибка в зависимости от части растения.

Подтверждение пришло с использованием ДНК-микрочипов, которые показали, что менее трети генов головни постоянно активны независимо от органа растения.

Хотя головня кукурузы не опустошает посевы, а в Мексике её даже культивируют для кулинарии (как «уитлакоче»), это открытие, по мнению Уолбот, привлечёт внимание исследователей-патологов.