В новом исследовании, проведенном в научно-исследовательском центре Ротамстед, разработан алгоритм, позволяющий ускорить поиск микробных соединений, потенциально способных стать перспективными фунгицидами. В работе используется высокопроизводительный биоанализ in vitro для идентификации бактериальных изолятов из окружающей среды, которые подавляют активность Z. tritici, а затем этот алгоритм сочетается с анализом генома, мутагенезом и аналитической химией для точного определения ответственных за это соединений.
Септориозная пятнистость пшеницы — одно из наиболее важных заболеваний пшеницы в Великобритании, и патоген-возбудитель Z. tritici неоднократно демонстрировал нечувствительность к различным классам коммерческих фунгицидов. Это делает поиск новых способов борьбы с болезнью все более актуальным.
Данная программа была разработана в рамках стратегической программы Института развития здравоохранения Ротамстедского университета и поддержана UKRI через Совет по исследованиям в области биотехнологий и биологических наук (BBSRC).
В ходе исследования группа ученых проанализировала библиотеку из 534 изолятов Pseudomonas из окружающей среды и выявила 52, способных подавлять стандартный штамм Z. tritici. Затем они протестировали отобранные перспективные бактериальные изоляты на генетически разнообразной панели из 12 изолятов Z. tritici, собранных по всей Европе. Это выявило значительные различия в силе ингибирования различных грибных изолятов, показав, что активность против одного эталонного штамма может не отражать всей картины. Полученные результаты убедительно доказывают необходимость тестирования будущих противогрибных препаратов на генетически разнообразных панелях патогенов на более ранних этапах разработки, а не предположения, что один штамм может заменить более широкую популяцию патогенов.
Затем команда начала изучать биологические механизмы, лежащие в основе этого эффекта. Их анализ указал на бактериальные гены, связанные с производством противогрибковых молекул, включая известное противогрибное соединение 2,4-диацетилфлороглюцинол (2,4-DAPG). В экспериментальной проверке концепции нарушение ключевого гена, участвующего в производстве 2,4-DAPG, привело к тому, что бактериальный мутант утратил как способность к производству 2,4-DAPG, так и способность заметно ингибировать Z. tritici в ходе анализа.
Что особенно важно, исследование также выявило антагонистические изоляты, активность которых нельзя было легко объяснить сходством с известными эталонными кластерами генов. Это говорит о том, что некоторые штаммы могут продуцировать ранее неизвестные противогрибные молекулы, предоставляя исследователям практический способ определить приоритетных кандидатов для дальнейшего изучения.
Доктор Джордж Лунд, ведущий автор исследования из научно-исследовательского центра Ротамстед, сказал: «Zymoseptoria tritici остается серьезной проблемой для производства пшеницы, и фермерам срочно необходимы новые решения. Этот подход предоставляет нам практический способ поиска перспективных фунгицидов на основе бактерий, позволяющий получать гораздо более обоснованные результаты. Он также позволяет нам тестировать кандидатов на генетически разнообразных изолятах Zymoseptoria на ранних этапах процесса. Это важно, поскольку активность, наблюдаемая против одного штамма, не всегда может распространяться на более широкую популяцию патогенов, поэтому это дает нам лучший способ определить, какие микробные метаболиты наиболее перспективны для дальнейшего изучения».
Доктор Тим Мохлайн, ведущий автор исследования из научно-исследовательского центра Ротамстед, сказал: «Развитие сельского хозяйства, основанного на использовании микробиома, зависит от понимания исследователями функций микроорганизмов для повышения сельскохозяйственного производства. Работа в этом исследовании позволяет нам выявлять и ускорять внедрение перспективных фунгицидных бактерий для биологического контроля, а также определять новые химические соединения для следующего поколения синтетических фунгицидов».
Хотя работа проводилась in vitro и еще не продемонстрировала эффективность в полевых условиях, она создает масштабируемый и экономически эффективный способ поиска и приоритизации потенциальных противогрибных метаболитов против Z. tritici. Эта же платформа может помочь исследователям в будущих исследованиях проверить, обладают ли перспективные молекулы активностью против других грибных патогенов.
Источник: Rothamsted Research.
На фото: флуоресцентный биоанализ методом конфронтации, демонстрирующий реакцию Zymoseptoria tritici (зеленый цвет) на бактериальные изоляты. Данный метод сочетает в себе скрининговый подход с анализом генома и химическими процессами для идентификации потенциальных противогрибных метаболитов. Источник: Rothamsted Research.
