Группа ученых из Института субтропического и средиземноморского садоводства Ла-Майора (IHSM-CSIC-UMA) обнаружила кооперативный механизм среди определенных бактерий, который позволяет им эффективно колонизировать растительную ткань и распространяться после заражения. Исследование фокусируется на Pseudomonas syringae, широко распространенном патогене, который поражает такие разнообразные культуры, как томаты, фасоль и киви, и несет ответственность за значительные потери в сельском хозяйстве во всем мире. Результаты опубликованы в журнале Nature Microbiology.
В рамках исследования, которое длится уже более пяти лет с участием французских и швейцарских фитопатологов, ученые определили, какие генетически идентичные бактериальные клетки берут на себя разные роли во время инфекции. Это разделение труда - в то время как некоторые бактерии отвечают за подавление иммунной системы растения, другие покидают инфицированную ткань, чтобы колонизировать новые ниши - позволяет патогену размножаться и распространяться на другие растения.
«Pseudomonas syringae поражает более 500 видов растений, включая многочисленные экономически важные культуры. Но до сих пор было очень мало известно о механизме, который позволяет патогену распространяться с одного растения на другое с большой эффективностью. Теперь мы знаем, что эти бактерии организованы в функциональные субпопуляции, каждая из которых выполняет определенные задачи по содействию заражению и распространению. Эти знания открывают двери для выработки новой стратегии борьбы», - говорит Кармен Р. Беусон, профессор Университета Малаги, возглавляющая исследование.
Используя расширенную микроскопию с использованием флуоресцентных молекул, команда отслеживала отдельные бактерии в зараженных листьях бобовых растений в режиме реального времени.
Результаты показывают, что бактерии следуют скоординированной стратегии, и что установление инфекции требует идеальной координации между двумя бактериальными группами с определенными ролями.
С одной стороны, группа бактерий действует как супрессоры защиты, создавая безопасную среду путем нейтрализации иммунных реакций растения, а с другой стороны, бактерии, защищенные первыми, собирают свой жгутик (подвижный придаток, позволяющий им двигаться) и убегают до того, как растительная ткань полностью разрушится и станет непригодной для обитания, мигрируя в соседние области растения или другие растения.
Эти две взаимодополняющие функции отражают то, что в экологии известно как разделение труда, явление, которое чаще всего изучается в сообществах животных или многоклеточных организмах.
Разделение труда представляет собой тонкий эволюционный баланс между двумя энергетически затратными стратегиями для бактерий: инвестирование ресурсов в блокирование защиты растений или приоритет мобильности для распространения.
Эта работа дает первое представление об этом динамическом процессе, где бактерии меняют роли в зависимости от своего положения в растительной ткани, тем самым формируя структурированные кооперативные сообщества, сопоставимые с сообществами социальных насекомых, таких как пчелы.
«Эта работа позволяет нам понять, как эти бактерии координируют сложное поведение, как развиваются болезни растений, и где найти уязвимые места в стратегии бактериального заражения», - говорит Беусон.
Традиционные методы борьбы с бактериальными заболеваниями растений часто опираются на антибиотики или химические агенты, которые могут привести к резистентности. Однако изменение кооперативного поведения бактерий - вмешательство в их способность разделять задачи - может предложить более устойчивую альтернативу.
«Хотя подобные механизмы заражения уже наблюдались у бактерий, которые заражают людей, это первый случай, когда это было замечено при болезнях растений. Наши результаты напоминают нам, что даже микроскопические формы жизни могут демонстрировать необычные стратегии. Раскрывая их секреты, мы становимся на один шаг ближе к защите сельскохозяйственных культур, которые поддерживают нас», заключает Беусон.
Источник: Рhytoma. Автор фото: Антонио Гарсия.
