Nature: вредные грибы могут стать полезными и сократить пищевые отходы
Плесень и болезни, вызванные грибками, могут существенно повлиять на срок хранения фруктов и овощей. Однако некоторые грибы приносят пользу своим хозяевам, способствуя выживанию растений. Colletotrichum tofieldiae (Ct) — это корневая плесень, которая обычно поддерживает дальнейшее развитие растения, даже если растению не хватает фосфора, важного питательного вещества для фотосинтеза и роста. Исследователи изучили уникальный патогенный штамм грибов под названием Ct3, который, наоборот, подавляет рост растений. Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Сравнивая полезные и вредные штаммы Ct, они обнаружили, что активация одного кластера генов вторичного метаболизма грибов определяет негативное воздействие гриба на растение- хозяина. Когда кластер был разрушен генетически или из-за изменения окружающей среды, поведение грибов изменилось с подавления роста на стимулирование его. Понимание подобных механизмов может помочь нам сократить пищевые отходы, используя полезную роль грибов в продуктах питания.
Когда свежая клубника покрывается плесенью, а виноград становится серым и сморщивается на дне вазы с фруктами, это всегда немного разочаровывает и неприятно. Виновником обычно является болезнетворный гриб Botrytis, который уничтожает продовольственные культуры во всем мире и легко распространяется ветром и почвой.
Однако есть много грибов, которые имеют менее разрушительные отношения с растениями-хозяевами и даже образуют партнерские отношения, которые могут помочь растению процветать. Пропаганда полезных свойств грибов и подавление нежелательных последствий (например, плесени фруктов) в значительной степени способствовали бы глобальной продовольственной безопасности и помогли бы сократить огромное количество пищевых отходов.
«Связанные с растениями грибы демонстрируют различный образ жизни: от мутуалистического (полезного) до патогенного (вредного) в зависимости от среды-хозяина. Однако механизмы, с помощью которых эти микробы перемещаются по разным образам жизни, остаются плохо изученными», — говорит доцент Кей Хирума из Токийского университета. «Мы проанализировали генетическую информацию различных штаммов корневого гриба под названием Colletotrichum tofieldiae с помощью сравнительного транскриптомного анализа, который позволил нам изучить различия в экспрессии генов между каждым штаммом. Удивительно, но мы обнаружили, что у гриба есть один кластер генов вторичного метаболизма, называемый ABA-BOT, исключительно определяет, проявляет ли гриб патогенные или мутуалистические черты по отношению к растению-хозяину».
Colletotrichum tofieldae — это гриб, который обычно приносит пользу растениям, когда они страдают от дефицита фосфора, помогая им процветать, несмотря на недостаток этого жизненно важного питательного вещества. Было даже доказано, что он увеличивает рост и урожайность экономически важных культур, таких как кукуруза и томаты. В этом исследовании межведомственная группа использовала кресс-салат в качестве растения-хозяина и получила шесть штаммов Ct из разных географических мест, чтобы заразить его.
Пять штаммов, как и ожидалось, значительно способствовали росту растений, но шестой, названный Ct3, подавлял поглощение питательных веществ, подавляя рост растений и приводя к появлению симптомов заболеваний. Итак, что же вызвало такое радикальное изменение?
«Мы определили два ключевых момента: во-первых, со стороны грибов Ct3 активирует кластер генов биосинтеза ABA-BOT; и, во-вторых, со стороны растений, Ct3 индуцирует сигнальные пути ABA растения-хозяина, посредством которых гриб подавляет рост растений», — объяснил Хирума. Исследователи обнаружили, что как патогенные, так и мутуалистические штаммы Colletotrichum tofieldae содержат кластер генов ABA-BOT, но мутуалистические штаммы его не экспрессируют, т. е. гены не активируются.
Это открытие стало неожиданностью, поскольку традиционно считалось, что патогены и мутуалисты имеют разные характеристики, но эти результаты позволяют предположить, что они более тесно связаны.
Когда кластер генов был нарушен либо на генетическом уровне, либо в результате изменения окружающей среды растения, Ct3 стал непатогенным и даже стал полезным для хозяина, способствуя росту корней. Хотя необходимы дальнейшие исследования, похоже, что кластер генов ABA-BOT может способствовать патогенезу различных грибов, помимо видов Ct.
Например, он может участвовать в патогенезе Botrytis, поражающего наши домашние фрукты и овощи.
«Если мы получим полное понимание регуляторных механизмов, управляющих кластером генов вторичного метаболизма грибов, мы сможем разработать метод избирательного подавления потенциального патогенеза в полезных в других отношениях грибах, оптимизируя их использование в сельском хозяйстве и используя весь потенциал естественно присутствующего микробного разнообразия. в почвенных экосистемах», — сказал Хирума. «Я пришел к выводу, что даже патогены могут проявлять безвредные характеристики в течение значительной части своего жизненного цикла. Фактически, я начинаю рассматривать возможность того, что то, что мы традиционно называем патогенами, может фактически функционировать как полезные микробы при других условиях».
Обсудим?
Смотрите также:
