Sclerotinia sclerotiorum – разрушительный грибковый патоген, который может инфицировать более 400 различных видов растений. Основным признаком заболевания, называемого склеротиниозным увяданием или белой плесенью, является увядание. Видны также белые, похожие на хлопок споры грибов, которые разрастаются на листьях и стеблях растений.
В сельском хозяйстве выращивание рапса особенно подвержено риску. Болезнь растений может поражать других представителей семейства капустных, а также картофель, бобовые и клубнику.
Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене давно изучают глюкозинолаты и изотиоцианаты, которые составляют особый защитный механизм растений семейства капустных, в том числе рапса, редиса и горчицы. «Мы хотели узнать, как успешные патогены растений преодолевают защиту растений и колонизируют эти растения. Поэтому мы спросили себя, есть ли у широко распространенных грибковых патогенов стратегии адаптации к химической защите растений семейства капустных », – объясняет Цзинюань Чен, первый автор исследования.
Исследователи смогли экспериментально показать, что защита, основанная на глюкозинолатах, действительно эффективна против грибковых атак. Однако они также обнаружили две разные стратегии грибка белой плесени для детоксикации защитных веществ: первая – это общий путь детоксикации, который связывает глутатион с изотиоцианатными токсинами.
Этот тип детоксикации органических ядов довольно часто встречается у насекомых и даже млекопитающих. Второй и гораздо более эффективный способ обезвредить изотиоцианаты – это их гидролиз, т.е.е. ферментативно расщеплять их с помощью молекулы воды. Исследователи хотели идентифицировать ферменты и соответствующие гены, лежащие в основе этого механизма детоксикации. Гены, обеспечивающие успешную детоксикацию этих веществ, уже были описаны у бактерий.
Их назвали генами Sax после экспериментов с модельным растением Arabidopsis thaliana: Survival in Arabidopsis eXtracts.
«Мы основали наш поиск на известных бактериальных белках SaxA, чтобы выбрать гены-кандидаты для дальнейших исследований.
Затем мы проверили, действительно ли эти гены экспрессируются в больших количествах в грибах, подвергшихся воздействию токсинов, и может ли полученный белок обезвредить токсины », – объясняет Даниэль Вассао, один из руководителей исследования. Используя аналитические методы с высоким разрешением, ученые смогли идентифицировать и количественно определять метаболиты, вырабатываемые грибком во время детоксикации. Для сравнения они также использовали мутанты гриба, у которых был нокаутирован ген, кодирующий SaxA. Это показало, что белок саксофонии грибка белой плесени активен в отношении ряда изотиоцианатов, что позволяет ему колонизировать различные растения семейства капустных.
У мутантов, у которых отсутствует ген для этого пути детоксикации, резко снизилась их способность переносить изотиоцианаты. «Однако было удивительно видеть, что эти мутанты активировали свой общий путь детоксикации, хотя это не компенсировало мутации», – говорит Цзинюань Чен. Конъюгация глутатиона не может детоксифицировать изотиоцианаты почти так же эффективно, как гидролиз. Хотя кажется, что это метаболически более затратно для грибка, этот общий путь присутствует всегда, поскольку он помогает грибку выводить токсины из огромного количества различных ядов. «Возможно, что этот общий путь защищает гриб изначально, в то время как механизмы, необходимые для более специализированного пути, собираются после первоначального воздействия токсина и могут действовать позже при инфекции», – говорит Даниэль Вассао.
В дальнейших экспериментах исследователи хотят выяснить, могут ли другие грибы, успешно заражающие растения семейства капустных, выводить токсины изотиоцианатов тем же путем, и способны ли неродственные виды грибов разлагать эти токсины. «Тогда мы узнаем, связана ли эта широко распространенная детоксикация с повторяющейся эволюцией грибов, колонизирующих горчичники, или это свойство, которое сохранилось с течением времени и, следовательно, обнаружено во многих грибковых линиях», – сказал Джонатан Гершензон, директор Департамента биохимии, где был обнаружен исследование было проведено, заключает.