Pseudomonas syringae впервые был описан в 1902 году как патогенный вид сирени, отсюда и название бактерии – сиреневый псевдомонас. С тех пор P. syringae признан частью филогенетического комплекса вездесущих штаммов, живущих в различных субстратах практически по всему миру. На сегодняшний день у этого вида бактерий выявлено более 60 патоваров, причем каждый патоваров заражает определенные растения-хозяева. Штаммы большинства патоваров обычно демонстрируют узкий круг хозяев, за исключением патовара syringae, круг хозяев которого насчитывает более 80 видов растений, включая косточковые, семечковые, другие древесные хозяева, сельскохозяйственные культуры и травы.
Pseudomonas syringae - это вид фитопатогенных бактерий, принадлежащий к классу Gammaproteobacteria и вызывающий заболевания однодольных, травянистых и древесных двудольных растений по всему миру.
С заражением P. syringae связано множество симптомов. Среди наиболее наблюдаемых – опадания цветков, мертвые спящие почки, некротические пятна на листьях, обесцвеченные и/или почерневшие жилки и черешки листьев, пятна и пузыри на плодах, отмирание верхушек побегов и язвы стеблей.
Однако симптоматика может варьироваться в зависимости от хозяина, штамма P. syringae и условий окружающей среды. Например, у деревьев заражение древесной ткани и образование язв в конечном итоге может опоясать и убить ветви, что приведет к потере плодоносящей поверхности и даже гибели дерева.
Повторяющиеся вспышки патоваров P. syringae по всему миру диктуют необходимость лучшего понимания патогена, который в настоящее время считается пандемией, оказывающей сильное влияние на сельскохозяйственную отрасль.
Исследователи Центра Джона Иннеса, Великобритания, применили сравнительный эволюционный подход, используя разнообразие бактерий Pseudomonas syringae, чтобы определить, как этот патоген заражает отдаленно родственные растения.
В ходе экспериментов исследователи из группы доктора Фила Кареллы, руководителя группы, проанализировали токсин сирингомицин, вырабатываемый наиболее распространенными инфекционными штаммами P. syringae, и сравнили его воздействие как на нецветущие, так и на цветущие растения.
Три модельных растения, демонстрирующих симптомы заболевания после заражения Pseudomonas syringae. Показанный токсин Sringomycin имеет решающее значение для установления симптомов заболевания. Авто фото: Фил Карелла.
Результаты показали, что сирингомицин оказался токсичным для нецветковых растений (в данном исследовании в качестве модельных видов использовались мох печеночник и папоротник), вызывая гибель тканей и активацию генов, связанных со стрессом.
Эти эффекты были даже более значимы для инфекций нецветущих растений по сравнению с цветущими, что удивительно, поскольку большая часть наших современных знаний о том, как патогенные (вызывающие болезни) бактерии манипулируют растениями-хозяевами, сосредоточена на цветковых растениях, к которым относятся некоторые из наших основных сельскохозяйственных культур.
Данное исследование, опубликованное в журнале Cell Host and Microbe и посвященное нецветковым видам, дополняет растущий массив исследований, показывающих, как бактериальные патогены обладают потенциалом колонизировать отдаленно родственные растения.
«Каждый из видов растений, использованных в этом исследовании, имеет различную историю жизни, поскольку в последний раз они имели общего предка 500 миллионов лет назад. Однако одна группа патогенов может заразить каждый из них, используя общий набор факторов патогенности, - сказал доктор Карелла. - Наши результаты показывают, что вирулентность патогена может быть более общей для всех растений, чем считалось ранее».
Исследователи выдвигают гипотезу, что вирулентность P.syringae сосредоточена на фундаментальных процессах, общих для Царства растений. В этом случае токсин сирингомицин, вероятно, взаимодействует с клеточными мембранами в каждом из различных протестированных растений.
Иногда нецветковые растения считаются менее совершенными, чем их цветковые родственники, появившиеся позже в эволюционной истории, но данное исследование подчеркивает важность анализа всего растительного мира для понимания фундаментальных механизмов и процессов, которые можно было бы применить для защиты продовольственных культур от болезней.
«В целом, наши исследования показывают, что разнообразные растения могут раскрыть полезные знания о взаимодействиях растений и патогенов в целом, что является информативным для исследований болезней сельскохозяйственных культур. Мы не едим печеночники, но они могут многому нас научить об основных механизмах вирулентности важных патогенов», - замечает доктор Карелла.
Следующим шагом данного исследования станет изучение роли токсина в распространении бактерий и того, как он взаимодействует с бактериальными эффекторными белками, вызывая заболевание. Еще один интересный исследовательский вопрос: почему некоторые популяции P.syringae сами не выносят этот токсин?
Группа также расширит разнообразие растений, используемых в экспериментах, для поиска тех, которые устойчивы к данному бактериальному патогену.
Некротический токсин, способствующий инфицированию Pseudomonas syringae эволюционно различающихся растений, представлен в книге «Клетка-хозяин и микробы».
Источник: John Innes Centre.
На заглавном фото - выращенная в лаборатории маршанция, мох печеночник, одно из растений, использованных в исследовании. Автор: Фил Карелла.