Фузариум остроспоровый, патогенный гриб, поражающий более 150 сельскохозяйственных культур и обладающий высокой вредоносностью, трансформируется, чтобы адаптироваться к новым условиям и хозяевам. Например, десятилетиями он игнорировал бананы, но появился новый вариант гриба, который поражает эту ранее устойчивую культуру. Именно поэтому так важно понять его генетические механизмы. «Когда мы начинали исследование, мы не знали, что гриб может так сильно варьироваться», — объясняет Антонио Ди Пьетро, профессор кафедры генетики Университета Кордовы, который вместе с исследователями Кристиной Лопес и Аной Родригес открыл стратегии адаптации гриба.
Кристина Лопес, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, разгадывала тайны патогенного гриба в лаборатории: «Мы начали с клонированного штамма, все особи которого генетически идентичны. Когда мы применяем селекционный прессинг в питательной среде — на чашке Петри — возникают спонтанные мутации, и в этих условиях мы точно видим, что происходит».
После эксперимента ученые секвенировали геном Fusarium oxysporum в сотрудничестве с группой из США, сравнивая исходный гриб с полученным после обработки на разных пластинах и изменений. «И вот тут-то и начинается сюрприз», — говорит Ди Пьетро: они думали, что мутации будут вызваны изменениями нуклеотидов в ДНК, как это было ранее описано у дрожжей. Однако ученые обнаружили, что изменения были вызваны транспозонами — фрагментами ДНК, известными как « перемычки », которые способны перемещаться и встраиваться в различные области генома. «Было известно, что у Fusarium есть транспозоны, но не было известно, что они настолько активны», — признаёт профессор. Транспозоны ответственны за значительную часть мутаций, которые помогли грибу адаптироваться на эволюционном пути. В этом эксперименте они стали причиной более 70% обнаруженных мутаций.
Геном F. oxysporum (условно, его инструкция) разделен на два компартмента. С одной стороны, он содержит хорошо сохранившийся и стабильный центральный участок, содержащий важнейшую информацию, которая практически не меняется. Другой компартмент, известный как дополнительный участок, содержит штаммоспецифичные хромосомы, которые не являются жизненно важными и могут быстро меняться, мутируя, кодируя адаптивные функции в любой момент времени. Транспозоны в этих дополнительных участках чрезвычайно распространены и, как показано в данной работе, необходимы для быстрой адаптации патогена.
Хотя предполагается, что адаптация делает гриб более смертоносным, этот эксперимент показал, что его вирулентность значительно снижается. Объяснение, по словам исследователей, кроется в питательной среде: «Мы обнаружили мутации, которые позволяют им очень успешно развиваться в чашках Петри: они растут быстрее и производят больше спор. Однако эти изменения сделали их менее агрессивными по отношению к растению. Более того, учитывая, что гриб адаптировался к растению миллионы лет, более агрессивному штамму сложно развиться в чашке Петри. Наилучшая возможная адаптация заложена в растении», — говорит Кристина Лопес.
Это открытие имеет важное прикладное значение» если лабораторные низкоагрессивные быстрорастущие штаммы будут бороться с активностью агрессивных штаммов в растении, то они, возможно, смогут нейтрализовать конкурентов.
С научной точки зрения, открытие открывает новые возможности для исследований для тех, кто работает с подобными грибами: различные исследовательские группы уже изучают транспозоны изучаемых ими организмов.
Источник: Рhytoma. На фото банановая плантация на Тенерифе, пострадавшая от панамской болезни фузариозного увядания. Источник фото: ICIA.
