Вместе грибы и оомицеты являются наиболее вредоносными патогенами в современном сельском хозяйстве и представляют постоянную угрозу глобальной продовольственной безопасности.
Только род оомицетов Phytophthora содержит более 200 видов, включая возбудителя фитофтороза картофеля и томатов Phytophthora infestans. Этот вид был основным фактором ирландского картофельного голода в 1840-х годах и по сей день остается самым разрушительным патогеном оомицетов в сельском хозяйстве, нанося ущерб более чем на 6 миллиардов долларов ежегодно.
Современные методы борьбы с P. infestans основаны на химических веществах, которые приводят к развитию резистентности, могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду (из-за стока и персистенции) и представлять угрозу для нецелевых организмов. Поэтому понимание молекулярных механизмов, управляющих инфекцией P. infestans, является ключевым для разработки целевых и устойчивых подходов к защите сельскохозяйственных культур.
Международная группа исследователей под руководством биологов и химиков из Йоркского университета в сотрудничестве с Институтом Джеймса Хаттона и Брюссельским свободным университетом сообщает в новой научной работе, опубликованной в журнале Nature Communications, что этот патоген применяет особые ферменты, называемые оксидазами AA7, с целью отключить систему раннего оповещения у растений для ослабления защиты до того, как они успевают отреагировать.
«В данном исследовании мы раскрываем новую стратегию вирулентности у оомицетов, при которой оксидазы AA7 секретируются во время инфекции и специфически окисляют восстанавливающий конец OG – ключевых сигналов повреждения растений – чтобы нейтрализовать их элиситорную активность, тем самым уклоняясь от иммунитета хозяина и способствуя инфицированию. Олигогалактурониды (oligogalacturonides, OG) – фрагменты пектина, высвобождаемые полигалактуроназной активностью – специфически воспринимаются киназами, ассоциированными с клеточной стенкой растений, запуская каскад иммунных реакций, включая быстрое и кратковременное образование перекиси водорода (H₂O₂). Этот процесс является одной из самых ранних защитных реакций растений и играет решающую роль как в местном, так и в системном иммунитете», пишут авторы работы.
Исследователи подчеркивают, что их открытие раскрывает новый уровень сложности во взаимодействиях хозяина и патогена и расширяет известные биологические функции семейства AA7. Это открытие ставит AA7 в один ряд с растущим арсеналом секретируемых патогенами окислительно-восстановительных ферментов, таких как пероксидазы и каталазы, которые манипулируют окислительной средой хозяина для подавления иммунного ответа.
Филогенетический анализ и анализ экспрессии генов помещают эти OG-активные микробные AA7 в отдельную кладу I, которая, вероятно, произошла от предкового члена клады II и уникально расширилась в роде Phytophthora. Здесь кодирующие гены сильно индуцируются во время заражения растений, и эта скоординированная активация предполагает двойную стратегию: деградацию богатой пектином средней пластинки для проникновения в растительную ткань и доступа к питательным веществам и одновременную инактивацию иммуностимулирующих OG для уклонения от защиты хозяина.
Причем, ферменты задействуются патогеном с самого начала взаимодействия с растением-хозяином и обладают отличительными структурными особенностями, которые коррелируют с их необычной специфичностью, а именно подражанием собственному регуляторному механизму растения.
«Вместе наши результаты указывают на выдающий случай конвергентной эволюции. Наши результаты предполагают, что виды Phytophthora независимо развили стратегию молекулярной мимикрии, чтобы использовать ту же химическую логику - используя окисление OG, чтобы избежать иммунного обнаружения во время вторжения хозяина. Этот пример биохимической конвергенции согласуется с более широкой моделью коэволюции хозяина и патогена, где патогены эволюционируют, чтобы имитировать молекулы или белки хозяина, чтобы подорвать защиту и способствовать инфицированию. Эта независимая, но конвергентная эволюция подтверждается более широким филогенетическим анализом и функциональными доказательствами того, что подавление AA7 у P. infestans приводит к значительному снижению патогенности», - отмечают авторы исследования.
В своей работе они использовали различные виды растений для конкретных экспериментальных подходов: томат для профилирования РНК-секвенирования, картофель для ОТ-ПЦР в режиме реального времени, а также для анализа подавления генов и патогенности, Nicotiana benthamiana и картофель для конфокальной микроскопии, Arabidopsis и томат для других анализов.
«Стоит отметить, что, за исключением Arabidopsis, все использованные здесь растения относятся к семейству пасленовых и включают двух наиболее экономически важных хозяев P. infestans. Это разнообразие видов растений в разных экспериментах подтверждает вывод о том, что ферменты Phytophthora AA7 подавляют иммунитет, вызванный OG, посредством широко распространенного механизма, эффективного для различных двудольных растений. Это согласуется с нашей точкой зрения, что данные ферменты служат универсальными факторами вирулентности, позволяя видам Phytophthora подключаться к общей, наследственной системе иммунной сигнализации растений, которая опирается на OG как консервативные элиситеры защиты. Подводя итог, можно сказать, что наша работа раскрывает ранее не известную микробную стратегию подавления иммунитета растений, определяя оксидазы AA7 OG как ключевых участников молекулярной гонки вооружений между патогенами и растениями. Эти данные открывают новые захватывающие возможности для разработки инновационных стратегий защиты растений, направленных против микробных патогенов», - заключают авторы работы.
Источник: Nature Communications (2025), DOI: 10.1038/s41467-025-64189-1
