В эксперименте паразитический гриб расширил круг растений-хозяев
Ученые исследовали, как организация генома паразитического гриба Fusarium oxysporum (Fox) связана со специфичностью к растению-хозяину. Удалось показать, что более широкий круг растений-хозяев одного из изучаемых штаммов не может быть объяснен известными на сегодняшний день набором эффекторных белков.
Грибы рода фузариум (например Fusarium oxysporum, Fox) — группа видов почвенных микроорганизмов, среди которых есть как непатогенные, так и фитопатогенные штаммы. Имеются также сообщения о Fox, патогенных для животных и человека. Фитопатогенные штаммы вызывают заболевания культурных растений — гниение корней и сосудистое увядание. Штаммы Fox имеют определенную специфичность относительно видов растений, которые они заражают. В работе коллективов лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов из Казанского научного центра и Института общей генетики РАН, а также Института молекулярной биологии РАН, были изучены геномные различия между двумя формами Fox, чтобы понять, как они влияют на их специализацию к растению-хозяину.
Гриб Fox заражает растения благодаря факторам вирулетности — эффекторным белкам, которые паразит выделяет в ксилему хозяина. Роль этих белков состоит в том, чтобы подавить системы иммунитета растения. Как правило, гены эффекторных белков расположены не в основном геноме Fox, а на дополнительных хромосомах. Часто гены эффекторных белков ассоциированы с мобильным элементом mimp.
В работе сравнивали два штамма: Fusarium oxysporum f.sp. radicis-cucumerinum (Forc) V03-2g был выделен из инфицированных растений огурца, а Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici (Forl) ZUM2407 — из инфицированных растений томата. Исследователи заражали растения огурца и томата обеими штаммами в лабораторных условиях. Помимо того, что оба они заражали «свои» растения, оказалось, что «томатный» штамм Forl ZUM2407 заражал также и огурцы, правда для этого концентрация спор гриба на корнях огурца должна быть выше чем у истинного «огуречного» патогена. Другой штамм, Forc V03-2g, не вызывал корневые гнили томата даже при увеличении фитопатогенной нагрузки.
Геномы обоих штаммов полностью секвенировали. Геном Forc V03-2g состоит из 13 хромосом, причем 11 относятся к основным хромосомам, а остальные две составляют вспомогательный геном (хромосомы патогенности), специфичный для этого штамма. Геном Forl ZUM2407 включает 14 хромосом, 11 из которых относятся к основным и гомологичны основным хромосомам штамма Forc V03-2g, а три — вспомогательные. Во всех вспомогательных хромосомах отмечалось более высокое содержание повторов и мобильных элементов более низкая плотность генов. Число мобильных элементов mimp в геноме Forl ZUM2407 втрое меньше, чем в геноме Forc V03-2g, но имеет ли это значение для фитопатогенности, пока неясно.
В геномах обоих штаммов авторы предсказали гены-кандидаты эффекторных белков: 5 генов для Forl ZUM2407 и 22 гена для Forc V03-2g 5. Как и ожидалось, эти гены были расположены на дополнительных хромосомах. А что оказалось неожиданным — то, что у штамма, который мог паразитировать на обоих растениях-хозяевах, предполагаемых генов эффекторных белков оказалось меньше, чем у штамма, не меняющего специализацию. Наиболее логичным объяснением такого факта может быть малая изученность эффекторных белков, большинство из которых ещё ждут своего открытия и описания.
«Эта теоретическая работа имеет значительный практический интерес, поскольку гены эффекторных белков, необходимых для патогенеза, являются идеальными маркерами для идентификации фитопатогенных штаммов на фоне большого количества почвенных безвредных штаммов рода Fusarium, - объясняет один из руководителей работы Шамиль Валидов, лаборатория молекулярно-генетических и микробиологических методов Казанского научного центра. - Штаммы грибов-паразитов, которые очевидно содержат гены неизвестных ранее белков-эффекторов, могут быть благодарным объектом для получения новых маркеров фитопатогенности у грибов рода Fusarium».
«Пока было бы спекулятивно говорить о том, какие механизмы обеспечивают широкий спектр растений-хозяев, - считает один из авторов работы Сергей Брускин, зав. лабораторией функциональной геномики ИОГен РАН. - Чтобы выяснить это, нужно исследовать транскриптомы и поражаемых растений, и грибов-паразитов в процессе инфекции, что мы и собираемся сделать в будущем».
Источник:
Ernest Nailevich Komissarov, Roderic Gilles Claret Diabankana, Inna Abdeeva,
Daniel Mawuena Afordoanyi, Sergey Vladimirovich Gudkov, Ekaterina Mikhailovna Dvorianinova,
Sergey Alexandrovich Bruskin, Alexey Alexandrovich Dmitriev and Shamil Zavdatovich Validov. Genomic Differences Between Two Fusarium oxysporum Formae Speciales Causing Root Rot in Cucumber // J. Fungi 2025, 11, 140. https://doi.org/10.3390/jof11020140