Гриб «перепрограммирует» растения кукурузы, вызывая опухолеподобные наросты, захватывая процесс образования корней
При атаке гриба Ustilago maydis на растение кукурузы в месте заражения образуются опухолеподобные наросты ткани. Как патоген вызывает такую реакцию у растения-хозяина, долгое время было неизвестно. Но исследование Университета Бонна показало, как гриб захватывает функцию растения по формированию боковых корней. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
Ustilago maydis атакует листья кукурузы. На месте заражения образуются заметные галлы, которые могут достигать размера детской головы. Вредоносный гриб извлекает выгоду из этой реакции, так как массивный рост ткани отвлекает энергию и ресурсы, которые в противном случае могли бы быть использованы для защиты от патогена. Ustilago также получает идеальное питание из этой ткани, что позволяет ему процветать.
Гены гриба встроены в геном растения
Исследователи встроили гены гриба, содержащие инструкции для формирования эффекторных белков типа «tip effectors», в геном модельного растения Arabidopsis thaliana. Растение в ответ начало производить белки, которые в норме производит гриб, что позволило выяснить точное воздействие этих молекул.
Генетически модифицированные растения демонстрировали характерные аномалии в корнях — там формировались «каллусы», то есть ткань с быстро делящимися клетками. Каллусы состоят из растительных стволовых клеток, которые в нормальных условиях активируются в процессе образования боковых корней, чтобы начать делиться. Генетические эксперименты на кукурузе показали, что это открытие, вероятно, актуально и для естественного хозяина Ustilago maydis.
Вредитель листьев захватывает процесс корнеобразования
Похоже, Ustilago захватывает функцию формирования боковых корней, чтобы ускорить деление клеток в листьях кукурузы, что приводит к образованию галлов. Эта гипотеза подтверждается дополнительными находками: эффекторные белки регулируют образование различных транскрипционных факторов, которые определяют, какие гены и в каком количестве экспрессируются.
Транскрипционные факторы, которые должны быть повышены для формирования боковых корней, известны. Исследователи изменили эти факторы в растениях кукурузы так, что они перестали функционировать. При заражении Ustilago у этих растений образовывались лишь очень маленькие галлы. Сравнение генов, активных при формировании галлов и развитии боковых корней у нормальных растений кукурузы, также показало значительное сходство, которое не может быть простым совпадением.
Ценные данные для выведения более устойчивых сортов
Ustilago maydis не производит токсинов, поэтому заражённая кукуруза всё ещё может использоваться в качестве корма для животных. Патоген не представляет серьёзной сельскохозяйственной проблемы. Однако у некоторых родственных видов ситуация иная.
Среди головнёвых грибов, к которым относится Ustilago, есть несколько важных вредителей. Более глубокое понимание механизмов заражения потенциально может позволить вывести сорта сельскохозяйственных культур, устойчивые к этим патогенам.