Борьба с заболеваниями сельскохозяйственных растений имеет глобальное значение с точки зрения мировой продовольственной безопасности. Многие паразиты растений имеют сходные биотрофные стадии жизненного цикла, в течение которых они контактируют с клетками растения и секретируют эффекторные белки, заставляющие организм хозяина вести себя в соответствии с нуждами патогена. Ряд исследований в области сравнительной геномики паразитов растений, опубликованных 10 декабря в журнале Science, выявил закономерности независимой эволюции патогенных эффекторных белков.Исследования касались разных эволюционных линий паразитов: оомицетов, относящихся к царству Stramenopila (Heterocontophyta, включает также диатомей, бурые, желто-зеленые водоросли и др.), таких как возбудитель мягкой гнили картофеля Phytophthora infestans; аскомицетов, таких как возбудители мучнистой росы; и базидиомицетов (ржавчинные и головневые грибы).
Все эти паразиты формируют специализированные гифы (гаустории), проникающие сквозь клеточные стенки и поглощающие питательные вещества. Гаустории выделяют в клетку эффекторные белки, которые ослабляют защитные механизмы клеток хозяина и влияют на их метаболизм. Многие эффекторы оомицетов обладают короткой консервативной последовательностью RxLR (аргинин – любая аминокислота – лейцин- аргинин), облегчающей их проникновение в клетку. Некоторые эффекторы грибов тоже проникают в клетку, но при этом не имеют консервативных мотивов.
В одном исследовании авторы сравнили геномы четырех близкородственных видов Phytophthora, паразитирующих на совершенно разных видах растений (1). Эволюционная специализация этих видов, однако, произошла сравнительно недавно. Несмотря на это, гены эффекторных белков, отвечающих за взаимодействие паразит-хозяин, оказались у этих родственников высоко диверсифицированными. Большинство этих генов находилось в областях генома, богатых транспозонами, что предполагает их способность к быстрой эволюции.
Несмотря на наличие длительного биотрофного этапа жизненного цикла, разные виды фитофторы, в конце концов, убивают зараженные части растений и продолжают существовать на них сапротрофно. В другой работе исследовался родственный оомицет Hyaloperonospora arabidopsis, патоген модельного растения Arabidopsis thaliana (2). В отличие от фитофторы он является облигатным паразитом и, в соответствии с этим, его эволюция проходила иным образом. Несмотря на то, что он произошел, судя по всему, от фитофторо–подобного гемибиотрофного предка, его геном утерял многие гидролитические ферменты, которые фитофторы используют для переваривания клеточных стенок, а также многие белки, вызывающие гибель клеток хозяина. Подразумевается, что исчезновение этого класса белков произошло по причине отбора в сторону «невидимости», которая позволяет гиалопероноспоре избегать запуска защитных механизмов хозяина в течение длительного паразитического существования.
У возбудителей мучнистой росы, облигатных паразитов из совершенно другого таксона, также отсутствует несколько классов консервативных генов метаболизма, контролирующих ассимиляцию нитратов и фосфатов, а также гидролиз клеточной стенки (3).
Геномы этих аскомицетов, в отличие от оомицетов, не кодируют RxLR-эффекторы, но у них есть свой уникальный класс секреторных белков с другой консервативной последовательностью YxC (тирозин – любая аминокислота – цистеин). В соответствии с видовой специализацией, эти гены существенно разнятся у трех исследованных видов, живущих на разных растениях.
И, наоборот, у грибов-паразитов Sporisorium reilianum и Ustylago maydis, поражающих одного хозяина (кукурузу), несмотря на различия в остальном геноме, гены белков-эффекторов имеют существенное сходство (4).
Источники:
1 -
2 -
3 -
4 -
5 -
категория - 2