Пути преодоления химических защитных барьеров микроорганизмами

Многие фитопатогены в процессе коэволюции с растениями выработали механизмы, преодолевающие химические барьеры растений.

• 1. Биотрофные паразиты, как сказано выше, воздействуют на клетки мягко, «интеллигентно», и не повреждают внутриклеточные мембраны. Например, возбудитель килы крестоцветных, внутриклеточный паразит Plasmodiophora brassicae, проникает в клетки корня в мембранном пузырьке, который отделяет его от клеточного содержимого. Зараженная клетка длительное время остается живой, ее мембраны не повреждаются, и изороданиды не появляются. В процессе разрастания зараженных клеток покровные ткани растрескиваются, и ранки заселяются почвообитающими раневыми не- кротрофными паразитами, которые разрушают клетки и индуцируют образование токсичных веществ. Но плазмодий возбудителя килы к этому времени распадается на покрытые прочными оболочками покоящиеся споры, устойчивые к токсинам.
• 2. Изменение сайта, чувствительного к токсическому действию агликона. Синильная кислота (цианид), высвобождающаяся из цианогенных гликозидов, — сильнейший дыхательный яд, блокирующий цитохромоксидазную дыхательную цепь в митохондриях. У паразита ляд венца (Lotus spp.) гриба Stemphylium loti в присутствии цианида происходит активизация ферментов альтернативного, не чувствительного к цианиду дыхания [Rissler, Millar, 1977].
• 3. Модификация токсичных веществ до менее токсичных. Как сказано выше, фактором устойчивости тюльпанов к неспецифическому паразиту Botrytis cinerea служит агликон гликозида тюлипозида, который после отщепления остатка сахара замыкается с образованием токсичного лактона. Паразит тюльпана Botrytis tulipae препятствует замыканию тюлипозида в кольцо, как это происходит при заражении неспециализированным паразитом В. cinerea. Поэтому образуется не высокотоксичный лактон, а гораздо менее токсичная кислота (рис. 1.16, 1).

Локализованный в корнях овса сапонин авенацин защищает корни от заражения возбудителем офиоболезной корневой гнили

Рис. 1.16. Деградация антигрибных агликонов фитопатогенными грибами:

1 — деградация тюлипозида грибом Botrytis tulipae; 2 — конверсия цианида в формамид грибом Stemphylium loti

Gaeumannomyces graminis. Штаммы этого гриба, способные заражать овес (G. graminis уar. avenae), имеют специфический фермент (3-глю- козидгидролазу — авенациназу, отщепляющую остатки сахаров и переводящую авенацин в нерастворимую менее токсичную форму. С использованием поликлональных антител к очищенной авенаци- назе в качестве зонда был клонирован кодирующий ген. Его трансформация в геном сапротрофного гриба Neurospora crassa сделала последний нечувствительным к авенацину. Инактивация гена транс- позонным мутагенезом у штамма G. graminis var. avenae привела к потере способности деградировать авеницин и заражать овес, однако патогенность к не продуцирующей авенацина пшенице была сохранена.

Стероидный гликоалкалоид томата томатин гидролизуется тома- тиназой ((3-глюкозидазой) штаммов Alternaria solani, выделенных из зараженных томатов, но не гидролизуется непатогенными штаммами. У другого паразита томата Septoria lycopersici клонирован ген томатиназы, однако его трансформация в геном сапротрофного гриба Aspergillus nidulans не привела к повышению толерантности трансформированного штамма к томатину in vitro. Отщепляя глюкозу от а-томатина, томатиназа S. lycopersici не только переводит его в менее токсичный (3₂-томатин, но последний, в свою очередь, супрессирует индукцию защитного ответа, поскольку интерферирует с фундаментальными путями трансдукции сигнала, ведущими к возникновению резистентности [Bouarab et al., 2002]. Томатиназа обнаружена также у паразита томата Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici, но не у f. sp. I ini и conglutinans.

Патогены цианогенных растений — сорго Gloeosporium sorghi и лядвенца Stemphylium loti — имеют фермент цианид-гидролиазу, который осуществляет конверсию цианида в менее токсичный форм- амид (рис. 1.16, 2). Процесс конверсии энергозависим, а цианид, подавляя цитохромоксидазное дыхание, лишает клетки гриба энергии. Вот для получения энергии, необходимой для конверсии цианида, и нужен описанный выше альтернативный путь дыхания, не зависимый от цианида.

А гриб Penicillium corymbiferum, в отличие от других пенициллов, вызывает гниль чеснока благодаря наличию фермента аллиинлиазы, разлагающего фитонцид чеснока аллиин. Многие штаммы насекомых и грибов выработали способность разлагать алкалоиды и использовать продукты распада в качестве углеродного и азотного питания [Joosten, van Veen, 2011]. В частности, эти адаптации заставляют растения вырабатывать новые и новые формы защитных веществ. По-видимому, «гонкой вооружений» обусловлено огромное разнообразие вторичных метаболитов, приведенное в табл. 1.2.

Некоторые насекомые-фитофаги в ходе коэволюции с растениями приобрели толерантность ко многим летучим токсичным веществам и даже стали использовать их. Так, гликонолаты (горчичные масла) капустных растений бабочки капустной белянки используют как аттрактанты для откладки яиц. Гусеницы белянки станут есть даже фильтровальную бумагу, смоченную соком капустных растений. Другой пример: в ответ на механическое повреждение тканей в растениях табака индуцируется продукция никотина — нейротоксина, токсичного для большинства насекомых. Однако гусеница специализированной к табаку бабочки Manduca sexta, во-первых, индуцирует низкий уровень никотина, во-вторых, толерантна к нему, и в-третьих, использует его для собственной защиты от паразитических ос.