Новое исследование объясняет, как вредные грибы могут стать полезными и сократить пищевые отходы

Плесень и болезни, вызываемые грибами, значительно сокращают срок хранения фруктов и овощей. Однако некоторые грибы приносят пользу растениям-хозяевам, способствуя их выживанию. Colletotrichum tofieldiae (Ct) — это корневая плесень, которая обычно поддерживает развитие растения даже при дефиците фосфора — важного питательного вещества для фотосинтеза и роста. Исследователи изучили уникальный патогенный штамм этого гриба, названный Ct3, который, напротив, подавляет рост растений. Их исследование опубликовано в Nature Communications.

Сравнив полезный и вредный штаммы Ct, учёные обнаружили, что негативное влияние гриба на растение-хозяина определяется активацией всего одного кластера генов вторичного метаболизма гриба. Когда этот кластер был нарушен — либо генетически, либо из-за изменения окружающей среды, — поведение гриба менялось с подавляющего рост на стимулирующий. Понимание таких механизмов может помочь сократить пищевые отходы, используя полезную роль, которую грибы могут играть для продуктов питания.

«Грибы, ассоциированные с растениями, демонстрируют различные стратегии заражения — от мутуалистических (полезных) до патогенных (вредных) — в зависимости от среды хозяина. Однако механизмы, с помощью которых эти микробы переходят между этими разными стратегиями, остаются плохо изученными», — сказал доцент Кей Хирума из Высшей школы искусств и наук Токийского университета.

• Ключевое открытие: Используя сравнительный транскриптомный анализ разных штаммов Ct, исследователи с удивлением обнаружили, что единственный кластер генов вторичного метаболизма гриба, названный ABA-BOT, определяет, будет ли гриб проявлять патогенные или мутуалистические черты по отношению к растению.
• Эксперимент: Команда использовала резуховидку Таля (Arabidopsis) в качестве растения-хозяина и шесть штаммов Ct из разных географических регионов. Пять штаммов, как и ожидалось, значительно стимулировали рост растений, но шестой — Ct3 — подавлял усвоение питательных веществ, тормозил рост и вызывал симптомы болезни.
• Механизм: Патогенность Ct3 определяется двумя факторами:
  1. Со стороны гриба: активация кластера генов биосинтеза ABA-BOT.
  2. Со стороны растения: индукция сигнальных путей абсцизовой кислоты (ABA) в растении-хозяине, через которые гриб подавляет рост.
• Важный нюанс: И патогенные, и мутуалистические штаммы Colletotrichum tofieldae содержат кластер ABA-BOT, но у мутуалистических штаммов он не экспрессируется (гены не активированы).
• Переключение режима: Когда кластер генов был нарушен (генетически или путём изменения среды растения), штамм Ct3 терял патогенность и даже становился полезным для хозяина, способствуя росту корней.

Это открытие стало неожиданностью, поскольку традиционно считалось, что патогены и мутуалисты имеют чёткие различия. Новые данные показывают, что они связаны более сложным образом.

«Если мы получим всестороннее понимание регуляторных механизмов, управляющих кластером генов вторичного метаболизма гриба, мы сможем разработать метод для избирательного подавления потенциальной патогенности в ином случае полезных грибов, оптимизировать их использование в сельском хозяйстве и использовать весь потенциал микробного разнообразия, естественно присутствующего в почвенных экосистемах», — сказал Хирума.

Кластер ABA-BOT может вносить вклад в патогенез и у других грибов, например, у Botrytis, который портит фрукты и овощи. Дальнейшие исследования в этом направлении могут помочь в борьбе с пищевыми отходами.