Аберрантные гифы, вызванные иммунным ответом растения на патогенный гриб

Аскохитоз (микосфереллез) гороха, вызываемый грибом Mycosphaerella pinodes, является одним из наиболее значимых заболеваний зернобобовых культур в мире. Несмотря на экономический ущерб и многочисленные исследования, мало известно о цитологических особенностях инфекции, особенно при резистентном взаимодействии. Одной из причин является отсутствие устойчивых сортов гороха и недостаток источников устойчивости в коллекции зародышевой плазмы Pisum.

Казухиро Тойода и коллеги из Университета Окаямы изучили гистологию и ультраструктуру ранних событий инфекции и развития гриба, включая пенетрацию аппрессориями, вегетативный рост инфекционных гиф и ответные реакции растения-хозяина. Исследование проводилось на недавно разработанной модельной патосистеме с участием Medicago truncatula и штамма M. pinodes OMP-1.

Инфекция на восприимчивом экотипе R108-1:

• Пикноспоры прорастали и росли по поверхности эпидермиса, затем формировали аппрессории и проникали через кутикулу.
• Под кутикулой инфекционный отросток расширялся в гифу, которая росла в пределах внешней стенки клеток эпидермиса.
• Впоследствии гифы проникали вглубь, в клетки мезофилла, и активно пролиферировали, в конечном итоге формируя бесполые плодовые тела (пикнидии).

Инфекция на устойчивом экотипе Caliph:

• Успешная пенетрация и последующий рост инфекционных гиф были существенно ограничены.
• В тканях Caliph, в отличие от R108-1, было много аберрантных гиф, таких как интрагифальные гифы и погибшие гифы, что связано с локальной защитной реакцией, индуцированной грибом.
• С помощью реакции с хлоридом церия (CeCl₃), приводящей к образованию электронно-плотных цериевых пергидроксидов на снимках трансмиссионной электронной микроскопии, было обнаружено накопление перекиси водорода (H₂O₂) в эпидермальных клетках и клетках мезофилла Caliph, инокулированных пикноспорами M. pinodes. Эта внутриклеточная локализация была подтверждена методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX).

Эти наблюдения указывают, что реакция окислительного взрыва, приводящая к генерации активных форм кислорода, связана с локальным защитным ответом хозяина у Caliph, поскольку явного накопления H₂O₂ у восприимчивого R108-1 обнаружено не было.

Исследователи пришли к выводу, что структурные аномалии, вероятно, являются общим механизмом защиты грибов от враждебной среды в устойчивом хозяине посредством инкапсуляции другой гифой. Структурные различия между восприимчивым и устойчивым взаимодействием, а также ответные реакции хозяина помогут лучше понять патогенез гриба на горохе и предоставят информацию для селекции устойчивых сортов.