Новое исследование опровергает фундаментальную догму растительной патологии, доказывая, что опасные патогенные грибы рода Colletotrichum способны заражать сельскохозяйственные культуры в обход традиционных механизмов, которые наука десятилетиями считала обязательными.
Антракноз ежегодно наносит ущерб урожаю по всему миру, уничтожая томаты, огурцы, клубнику, перец, яблоки и бобовые, особенно в периоды созревания и хранения. Главная проблема, которую обнажило исследование, заключается в уязвимости современных систем защиты растений от этой болезни, вызываемой грибами рода Colletotrichum.
Ранее считалось, что для пробития защитного слоя листа грибу абсолютно необходима пигментация — меланизированные аппрессории (специальные органы давления). Меланин в их стенках удерживает огромное внутреннее давление, которое буквально как шприц протыкает механическую броню клетки растения. Поэтому одним из основных методов химической борьбы с антракнозом было использование ингибиторов биосинтеза меланина (MBI). Считалось, что если лишить гриб меланина, он станет «беззубым».
Группа исследователей под руководством доцента Хироки Ириеды из Академической ассамблеи Института сельского хозяйства Университета Синсю (Япония) изучила вопрос о том, необходимы ли всем видам Colletotrichum меланизированные аппрессории для заражения растений, или же существуют альтернативные стратегии заражения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
«Наше исследование началось с открытия необычного штамма Colletotrichum, который оставался невосприимчивым к ингибиторам биосинтеза меланина и мог проникать в растения через немеланизированные аппрессории. Это неожиданное наблюдение побудило нас исследовать, действительно ли меланизация необходима для проникновения в растения», — говорит Ириеда.
Команда доцента Хироки Ириеды выяснила, что грибы нашли эволюционные обходные пути:
Стратегия NMAE (проникновение без меланина). Исследователи заблокировали синтез меланина у грибов с помощью химических ингибиторов и генетических мутаций. Вопреки ожиданиям, целые эволюционные линии грибов успешно продолжили заражать растения с помощью полностью прозрачных (немеланизированных) аппрессориев.Раннее заражение. Некоторые штаммы проникали в ткани растений еще до того, как меланин в принципе успевал сформироваться в их клетках.Стратегия HTE (проникновение через кончик гифы). Ученые указали на еще более радикальный путь, при котором гриб вообще отказывается от формирования аппрессориев и проникает внутрь напрямую через кончики своих ростовых нитей (гиф).«Для продовольственной безопасности защита растений, особенно от грибных патогенов, является очень важной задачей. Поэтому мы исследовали молекулярные механизмы, лежащие в основе стратегий заражения грибами, в частности, проникновения патогенов в растения. Понимание этого поможет разработать новые стратегии борьбы с болезнями и их профилактики», — говорит Ириеда.
Открытие доказывает, что против NMAE- и HTE-штаммов гриба фунгициды MBI полностью бесполезны. Химической и биотехнологической промышленности придется создавать средства защиты нового поколения, которые бьют по альтернативным путям патогенеза грибов, не ограничиваясь блокировкой пигментов.
Источник: Shinshu University.
На графике: альтернативные пути проникновения грибов рода Colletotrichum в растения, опровергая давнюю догму в фитопатологии и демонстрируя, что аппрессорная меланизация не является повсеместно необходимой. Автор фото: д-р Хироки Ириеда из Университета Синсю, Япония.