Как растения защищаются от болезней - Лев Владимирович Метлицкий

перидермы по отношению к фитопатогенным микроорганизмам определяется только ее механическими свойствами. Позднее стало ясным, что перидерма является не только механическим, по и токсикологическим барьером на пути проникновения инфекции. Дело в том, что в зоне поранения накапливаются антибиотические вещества, которые подавляют проникновение инфекции. Эти вещества различной химической природы и, следовательно, обладают различным механизмом действия. Такие антибиотические вещества присутствуют как в составе раневой, так и естественной перидермы. Они как бы защитным чехлом покрывают растение и его органы снаружи. Вот, например, как располагаются ингибиторы в составе перидермы клубня картофеля: в наружных отмерших клетках феллемы находятся некоторые фенольные соединения, в том числе кофейная кислота. Под ними в меристематической ткани залегают высокотоксические гликоалкалоиды, а еще ниже располагается хлорогеновая кислота. Таким образом, проникающему паразиту, помимо механических покровов, приходится преодолевать несколько последовательно расположенных токсических барьеров из ингибиторов различной химической природы с различными спектрами антибиотического действия. К тому же расположение ингибитора в отмерших тканях наружных растительных покровов позволяет создать их чрезвычайно высокие локальные концентрации

РАЗОРУЖЕНИЕ ПАРАЗИТА

Разоружать можно только вооруженного врага. А таким до зубов вооруженным паразитом является некротроф, обладающий мощными орудиями агрессии в лице токсинов и экзоферментов. Однако и биотрофы не лишены оружия нападения, хотя оно у них утонченно и усовершенствовано. Ведь этим паразитам все время приходится лавировать между опасностью погубить питающую их клетку хозяина и необходимостью прокормить самого себя. Итак, токсины…

Еще в начале нашего века предполагалось, что оксидазы растений, в частности пероксидаза, могут участвовать в разрушении токсинов микроорганизмов. Однако экспериментальные данные о способности растительных тканей детоксицировать токсины патогенов пока еще очень ограниченны. Известно, например, что устойчивые растения овса, райграса и сорго способны поглощать и детоксицировать виктории — токсин возбудителя гельминтоспориоза овса. Из тканей устойчивых растений токсин быстро исчезал, тогда как восприимчивые растения теряли тургор и выделяли викторин в окружающую среду. Механизм обезвреживания токсина пока не ясен.

Известен и другой способ растений избежать воздействия токсинов паразита — потерять к ним чувствительность, но это возможно только лишь по отношению к специализированным патотоксинам, имеющим в клетке определенную мишень действия. Что касается фито- и вивотоксинов, не обладающих избирательностью действия и одновременно нарушающих многие звенья обмена, то к ним вряд ли могут возникнуть нечувствительные формы. Вообще к ингибиторам, не имеющим определенной мишени, на которую они действуют, а неспецифически повреждающим многие «сайты», адаптация маловероятна. Возможно, поэтому к неспециализированным некротрофным паразитам, обладающим неспецифическими токсинами с широким спектром антибиотического действия, нет и не может быть устойчивых форм растений, а существуют только более или менее восприимчивые.

Примером устойчивости растений, основанной на его нечувствительности к токсину паразита, являются взаимоотношения сахарного тростника и возбудителя глазчатой пятнистости Helminthosporium sacchari. Гриб вызывает на листьях тростника своеобразные пятна в виде глаз, от которых распространяются красно-коричневые полосы. Поскольку возбудитель удается выделить только из пятен, считается, что сами гифы гриба находятся в местах пятен, а полосы — это результат воздействия его токсина. Токсин получил название гельминтоспорозида и представляет собой 2-оксициклопропил-D-галактопиранозид.

Было испытано 182 клона сахарного тростника и установлено, что устойчивые к паразиту клоны устойчивы и к его токсину. В чем дело? Может быть, в устойчивых растениях токсин разлагается, поскольку в них есть ферменты, способные его детоксицировать? Определения показали, что это не так. Меченый токсин вводили в растения как устойчивых, так и восприимчивых клопов тростника, а затем спустя некоторое время определяли его количество, оставшееся в растениях. Разницы не нашли.

Картина несколько прояснилась, когда удалось обнаружить, что токсин связывается с цитоплазматической мембраной хозяина, однако не у всех клонов растений. Только у восприимчивых. Значит, у восприимчивых растений в отличие от устойчивых на мембране есть некое вещество — рецептор, который связывает токсин. И такой рецептор удалось выделить. Для этого мембрану восприимчивого клона обработали детергентом, а потом расфракционировали выделенные белки. Рецептор оказался белковым тетрамером, т. е. состоял из 4 белковых субъединиц, с молекулярной массой 48 000. Токсин связывается с рецептором на восприимчивых сортах, в результате чего их клетки погибали.

Далее оказалось, что мембрана устойчивого клона тоже содержала такой же (правда, не точно такой же!) белок. Во всяком случае, белок из устойчивого клона выделялся тем же способом и имел ту же молекулярную массу.

Более того, белок-рецептор устойчивого и восприимчивого сортов не смогли различить даже антитела кролика, поскольку они связывались как с одним, так и с другим белком.

Оказалось, что различие между белками, которое не заметили даже антитела, заключается в 4 аминокислотах (лизине, серине, глицине, глютаминовой кислоте). Эти аминокислоты маскируют у устойчивого клопа центры связывания белка с токсином, что и делает растение нечувствительным к нему. Кстати, если белок из устойчивого клона тростника обработать детергентом, в результате чего его маскировка нарушается, ои приобретает свойство связываться с токсином паразита, и растение из устойчивого превращается в восприимчивое. Наоборот, если ткани восприимчивого клона тростника обработать антисывороткой, полученной на их белок-рецептор, то восприимчивый клон тростника превратится в устойчивый. Дело в том, что имеющиеся в антисыворотке антитела свяжутся с белком-рецептором и защитят его от действия токсина.

Таким образом, из проведенных опытов можно сделать вывод, что восприимчивость растения зависит от наличия специфического рецептора, тогда как устойчивость определяется его отсутствием. Устойчивость в этом случае можно рассматривать не как активную защитную реакцию, а как пассивный признак.

Теперь относительно защиты от системы экзоферментов паразита, в первую очередь пектолитических, которым, как уже говорилось, принадлежит ведущая роль в патогенезе растений.

Нужно сказать, что стратегия обороны растения от экзоферментов у некротрофов и биотрофов не может не быть различной. Для защиты от некротрофов, для которых быстрая гибель растительных клеток является залогом их успешного паразитирования, экзоферменты паразита должны быть как можно скорее инактивированы. Защита от биотрофов предполагает не столько инактивирование фермента, сколько его регулирование. Некоторая доля активности ферментов, в частности пектолитических, может быть даже полезна для растения. Так, К. В. Васильевой было показано, что пектолитические ферменты некоторых ш разитов могут служить не только патогенными факторами, но и индукторами защитных реакций растения.

Регулирование действия пектолитических ферментов, как, впрочем, и некоторых других экзоферментов фитопатогенов, достигается с помощью нескольких механизмов. Это прежде всего регулирование на уровне образования молекул фермента либо за счет его подавления, либо, наоборот, индуцирования. Дело в том, что пектолитические ферменты у паразитов вырабатываются только в том случае, если в среде, где они растут, присутствует пектин, который и вызывает их образование. Это так называемое явление субстратной индукции. Таким образом, пектолитические ферменты индуцируются только веществами, которые им предстоит разлагать. Поэтому наличие либо