Как вредоносный гриб лишает растение-хозяина защиты
Гриб Ustilago maydis атакует кукурузу и может нанести значительный ущерб растению-хозяину. Для этого он сначала обеспечивает, чтобы растение оказывало мало сопротивления инфекции. Хирургическая точность, с которой он действует, показана в новом исследовании Университета Бонна, опубликованном в журнале New Phytologist. В работе также участвовали Институт Грегора Менделя в Вене и Институт генетики растений и исследований культурных растений им. Лейбница в Гатерслебене.
Ustilago maydis атакует и размножается в надземных частях растения кукурузы. На месте заражения часто образуются огромные опухолеподобные наросты ткани — галлы, которые могут достигать размера детской головы. Их рост запускают молекулы, выделяемые грибом, — эффекторы. Они манипулируют метаболизмом растения и подавляют его иммунную систему, а также способствуют росту и делению клеток кукурузы, вмешиваясь в сигнальный путь растения, регулируемый гормоном ауксином.
«Гриб использует этот ауксиновый сигнальный путь в своих целях, — объясняет профессор Армин Джамей, руководитель отдела патологии растений в институте INRES Университета Бонна. — Огромный рост ткани поглощает энергию и ресурсы, которых затем не хватает для защиты от Ustilago maydis. Кроме того, гриб находит в наростах идеальный запас питательных веществ и может там хорошо размножаться». Таким образом, образование характерных галлов определенно в интересах патогена.
Патоген перепрограммирует своего хозяина
Вместе с коллегами Джамей смог идентифицировать пять генов (Tip1–Tip5), которые гриб использует для манипуляции ауксиновым сигнальным путем растения-хозяина. Эти пять генов образуют кластер — расположены в геноме гриба последовательно.
Белки, кодируемые этими генами, могут связываться с белком в растении кукурузы, известным специалистам как Topless. Этот белок является центральным переключателем, подавляющим различные сигнальные пути в растении. Эффекторы гриба, произведенные генами Tip, снимают это репрессирование — и делают это очень специфично для сигнальных путей, которые приносят пользу грибу, например, пути роста, управляемого ауксином. При этом другие пути, контролируемые Topless, не затрагиваются. «Образно говоря, гриб действует с хирургической точностью, — подчеркивает Джамей. — Он делает именно то, что необходимо для наилучшего заражения растения кукурузы».
Значение для фундаментальных исследований
Существует ряд патогенов, которые вмешиваются в ауксиновый сигнальный путь своих хозяев. Как именно — часто до конца не понятно. Возможно, белок Topless играет важную роль в этом процессе и у других культур. Этот белок возник сотни миллионов лет назад, и его центральная роль с тех пор почти не изменилась. Он существует не только в кукурузе, но и в сходной форме у всех других наземных растений. Исследователи смогли показать, что эффекторы Tip от Ustilago maydis также вмешиваются в ауксиновый сигнальный путь других видов растений.
Полученные результаты могут помочь лучше понять процессы заражения при важных болезнях растений. Они особенно интересны для фундаментальных исследований: «С их помощью впервые появится возможность очень целенаправленно влиять на специфические эффекты ауксинового сигнального пути и, таким образом, еще точнее выяснять действие этих важных растительных гормонов», — говорит Армин Джамей.