Симбиотические и патогенные грибы могут использовать похожие молекулярные инструменты для манипуляции растениями
Сравнивая фитопатогенные и симбиотические грибы, учёные из Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) обнаружили, что эти далёкие родственники используют схожую группу белков для взаимодействия с растениями.
Исследовательская группа Себастьяна Шорнака работает над идентификацией и характеристикой новых эффекторов арбускулярной микоризы (AM) — белков, секретируемых симбиотическими AM-грибами для облегчения колонизации корней растений. Они также исследуют, используют ли патогенные и симбиотические грибы схожие или разные стратегии.
С помощью программы искусственного интеллекта AlphaFold2, предсказывающей структуры белков, команда впервые сравнила секретируемые белки симбиотических и патогенных грибов. Они обнаружили, что симбиотические грибы кодируют то же семейство белков, которое патогенные грибы используют для взаимодействия с растениями. Результаты опубликованы в New Phytologist.
"Вместо этого мы воспользовались недавней разработкой AlphaFold2, чтобы сравнить структуры секретируемых белков симбиотического и патогенного грибов. Это привело к открытию, что существует группа структурно очень похожих белков, ранее известных у патогенов, которые также присутствуют — часто в большем количестве — в геномах симбиотических грибов", — сказал первый автор исследования доктор Альбин Тёле.
AM-грибы — наиболее распространённый симбиоз растений с микробами, они колонизируют корни для улучшения усвоения питательных веществ, роста растений и даже защиты от патогенов. Патогенные грибы, такие как штаммы Fusarium oxysporum, являются одними из самых разрушительных патогенов с широким кругом хозяев.
Исследователи классифицировали все белки, секретируемые симбиотическим AM-грибом Rhizophagus irregularis, и идентифицировали большое семейство эффекторов, подобных FOLD (MycFOLDs), со структурным сходством с белками FOLD, продуцируемыми патогеном Fusarium oxysporum.
Эффекторы FOLD обнаружены только в геномах грибов, образующих ассоциации с живыми растениями. Это предполагает, что эти белки лежат в основе универсальных механизмов, позволяющих как патогенным, так и симбиотическим грибам жить внутри растений.
"По-видимому, исключительное присутствие FOLD/MycFOLDs у неродственных грибов, колонизирующих растения, подтверждает гипотезу, что белки FOLD действуют как эффекторы во время колонизации растений как симбиотическими, так и патогенными грибами", — сказал доктор Шорнак.
Это открытие ставит новые вопросы: почему симбиотические грибы имеют эти белки и какую функцию они выполняют?
Основы взаимодействия растений и микробов
Понимание сходства и разнообразия эффекторов, используемых симбионтами и патогенами, критически важно для понимания основ взаимодействия растений и микробов.
Растения, формирующие полезные отношения с симбиотическими грибами, контролируют все стадии колонизации. Однако AM-грибы зависят от питательных веществ, производимых растением, и поэтому имеют свою собственную стратегию выживания.
Во время инфекционного процесса патогенные грибы подавляют иммунитет растения-хозяина, секретируя коктейль эффекторных белков. Даже симбиотические грибы должны общаться с растением или преодолевать барьеры для успешной колонизации растительных клеток.
На сегодня идентифицировано лишь небольшое количество эффекторных белков, секретируемых симбиотическими AM-грибами. Команда Шорнака работает над обнаружением других эффекторов, играющих роль в отношениях растения и симбионта.