Ученые открыли новые и мощные защитные вещества у ячменя - хордеданы, которые растение производит против грибных патогенов, а также установили одно удивительное исключение из правил, когда болезнетворный гриб идет в контрнаступление. Все это свидетельствует о том, что все участники гонки вооружений в мире растений вовлечены в непрерывный процесс эволюции.
Ученые из Института биохимии растений имени Лейбница (IPB) совместно с партнерами из Кельнского университета обнаружили новую группу защитных веществ в ячмене, которые эффективны против широкого спектра грибных патогенов.
Исключением является возбудитель корневой гнили Bipolaris sorokiniana. Этот гриб нейтрализует защитные вещества и даже использует их для лучшего роста.
Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Molecular Plant. Ученые продемонстрировали, как патоген не только обходит иммунную систему растения, но и успешно использует ее в своих интересах, пишет Сильвия Пиплов в релизе Institut für Pflanzenbiochemie (Институт биохимии растений имени Лейбница).
Грибные патогены вызывают значительные потери урожая различных культур, таких как ячмень, кукуруза и пшеница, особенно в более теплых регионах. Из-за потепления в северном полушарии они также представляют растущую угрозу в этих широтах.
Однако зараженные растения не беззащитны перед атакой патогена. После того, как микроорганизмы проникают в корневую ткань, растение вырабатывает ряд различных защитных веществ, которые называются фитоалексинами. У каждого вида растений есть свой арсенал фитоалексинов. Защитные соединения структурно очень разнообразны и поэтому используют различные механизмы действия для сдерживания патогенов.
Ученые IPB теперь обнаружили ряд новых фитоалексинов в корнях растений ячменя после заражения их различными грибными патогенами. Найденные защитные метаболиты относятся к классу веществ дитерпеноидов.
Получив название от латинского названия ячменя (Hordeum vulgare), эти вещества именуют хордеданы (hordedanes). Всего в корнях зараженного ячменя было обнаружено 17 различных hordedanes. Метаболический путь внутри растения, который приводит к образованию этих соединений hordedane, также был успешно установлен учеными.
Хордеданы действуют как противогрибное средство широкого спектра действия. Прежде всего, они подавляют прорастание спор и рост некоторых вредных и полезных видов грибов.
Удивительно, однако, что было одно исключение: рост гриба корневой гнили Bipolaris sorokiniana не только не был угнетен, но гриб даже рос лучше в присутствии этих фитоалексинов, которые изначально были выработаны для его отпугивания.
Это было обнаружено с использованием мутантов ячменя с ослабленной защитой, которые больше не могли производить хордеданы. Гриб Bipolaris sorokiniana рос медленнее в этих мутантах, чем в обычных растениях.
Точный механизм этого грибного контрнаступления пока неизвестен. Однако дальнейшие исследования с наиболее известным соединением хордедана 19-β-гидрокси-гордетриеновой кислотой (19-OH-HTA) показали, что Bipolaris sorokiniana способен окислять 19-OH-HTA и связывать его с грибковыми метаболитами. Это, по-видимому, нейтрализует действие фитоалексина.
В то же время гриб изменяет свою паразитическую форму существования. Bipolaris sorokiniana изначально питается живыми растительными клетками, которые затем разрушает. Патоген очень быстро размножается в живых клетках, а в мертвой растительной ткани образует больше спор для заражения новых растений-хозяев.
Превращая растительные хордеданы в грибные структуры, патоген может активировать молекулярную сигнальную цепь, которая позволяет ему дольше сохранять живую клетку растения-хозяина, а не убивать ее немедленно. Это способствует более длительной и успешной фазе роста, предполагают ученые.
Исследование наглядно демонстрирует, что взаимодействие между патогенами и их растениями-хозяевами очень сложное и до сих пор плохо изучено. В этом взаимодействии патогены выступают в качестве движущих сил эволюции. Они заставляют хозяина постоянно разрабатывать новые адаптивные реакции, которые, в свою очередь, блокируются патогенами, подавляются или обращаются в свою пользу. Благодаря этим взаимным контратакам все вовлеченные организмы постоянно развиваются.
Источник: Institut für Pflanzenbiochemie. Автор: Сильвия Пиплов.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.