Грибной патоген обезвреживает защитный механизм растений

Капустные растения защищаются от травоядных и патогенов с помощью "бомбы с горчичным маслом": при повреждении ткани образуются токсичные изотиоцианаты. Исследователи из Института химической экологии Макса Планка и Университета Претории показали, что эта защита в некоторой степени эффективна и против широко распространённого вредоносного гриба Sclerotinia sclerotiorum. Однако патоген использует как минимум два различных механизма детоксикации, позволяющих ему успешно распространяться на защищённых растениях.

Sclerotinia sclerotiorum — разрушительный грибной патоген, способный заражать более 400 видов растений. Основной симптом болезни (склеротиниоза или белой гнили) — увядание. Видны также белые, похожие на вату споры гриба. В сельском хозяйстве особенно рискует выращивание рапса. Болезнь может поражать и другие растения семейства капустных, а также картофель, бобовые и клубнику.

Учёные экспериментально показали, что защита на основе глюкозинолатов действительно эффективна против грибных атак. Однако они обнаружили две разные стратегии детоксикации у гриба белой гнили:

1. Общий путь детоксикации, связывающий глутатион с токсинами изотиоцианатами. Этот тип детоксикации органических ядов довольно распространён у насекомых и даже млекопитающих.
2. Более эффективный путь — гидролиз изотиоцианатов, то есть их ферментативное расщепление молекулой воды.

Исследователи хотели идентифицировать ферменты и соответствующие гены, лежащие в основе этого механизма детоксикации. Гены, обеспечивающие успешную детоксикацию этих веществ, уже были описаны у бактерий. Они называются Sax-гены (от Survival in Arabidopsis eXtracts).

Учёные использовали известные бактериальные белки SaxA для поиска кандидатных генов у гриба. Они проверили, экспрессируются ли эти гены в большем количестве у грибов, подвергшихся воздействию токсинов, и может ли полученный белок обезвредить токсины. С помощью высокоточных аналитических методов удалось идентифицировать и количественно определить метаболиты, образующиеся у гриба во время детоксикации. Для сравнения использовали мутанты гриба, у которых ген, кодирующий SaxA, был нокаутирован.

Выяснилось, что белок Sax гриба белой гнили активен против ряда изотиоцианатов, что позволяет ему колонизировать разные растения семейства капустных. Мутанты, лишённые гена этого пути детоксикации, резко теряли способность переносить изотиоцианаты.

"Однако было удивительно видеть, что эти мутанты повышали регуляцию своего общего пути детоксикации, хотя это не компенсировало мутацию", — говорит Цзинъюань Чэнь. Конъюгация с глутатионом не может детоксицировать изотиоцианаты так же эффективно, как гидролиз. Хотя этот общий путь, по-видимому, метаболически более затратен для гриба, он всегда присутствует, так как помогает детоксицировать огромное разнообразие ядов.

"Возможно, этот общий путь защищает гриб изначально, в то время как механизм, необходимый для более специализированного пути, собирается после первоначального воздействия токсина и может взять на себя управление позже, во время инфекции", — говорит Даниэль Вассао.

В дальнейших экспериментах исследователи хотят выяснить, используют ли другие грибы, успешно заражающие растения семейства капустных, тот же путь детоксикации изотиоцианатов, и способны ли неродственные виды грибов также расщеплять эти токсины.

"Тогда мы узнаем, является ли эта широко распространённая детоксикация результатом повторной эволюции у грибов, колонизирующих горчичные, или это черта, сохранившаяся с течением времени и поэтому встречающаяся у многих грибных линий", — заключает Джонатан Гершензон.