Как растения защищаются от болезней - Лев Владимирович Метлицкий
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Правда, фитоиммунологов давно интересовало, отчего паразит в отмершей клетке прекращает свой рост. Этот вопрос задавал себе еще Вард, глядя в микроскоп на гифы ржавчины, погибающие в некротизированных клетках. Однако, по его собственному признанию, это оказалось выше его понимания. Поскольку реакция СВЧ главным образом защищает растения от биотрофных паразитов, которые могут питаться содержимым живых клеток, то их гибель должна приводить к голодной смерти паразита. Однако вскоре стало ясным, что голодание не является основной причиной гибели паразита. Если стать на точку зрения, что паразит внутри отмершей клетки погибает голодной смертью, то гибель растительной клетки должна вызывать последующую гибель паразита. Однако это происходит далеко не всегда, т. е. гибели паразита, как правило, предшествует гибель клетки, но совсем не всякая гибель клетки приводит к гибели в ней паразита. Это заставляло задуматься, не определяется ли гибель паразита накоплением в некротизированных клетках токсических соединений. Ведь не всякая гибель клетки сопровождается образованием таких ингибиторов. Иными словами, бывает токсический некроз, приводящий паразита к гибели, а бывает нетоксический, при котором паразит продолжает жить.
Собственно, вопрос о том, как быстро погибает паразит в некротизированной клетке и всегда ли он погибает, до сих пор еще не слишком ясен. Важно то, что развитие паразита локализуется, и в силу этого он не способен к дальнейшему размножению. Поэтому главный смысл защитной реакции — СВЧ состоит не в уничтожении паразита, а в лишении его возможности спороносить.
В этой главе мы намеревались познакомить читателя только лишь с внешним проявлением столь своеобразной защитной реакции растений, какой является СВЧ, не касаясь механизмов ее сущности. Фактически при этом мы не исказили положения вещей, поскольку явление СВЧ до сих пор еще является загадкой для фитоиммунологов. Неужели растения, поражающие нас своим эволюционным совершенством, научившиеся усваивать углерод атмосферы с невиданно высоким КПД, не сумели выработать ничего лучшего, чем жертвовать частью своих клеток для того, чтобы избежать инфекций? Но так ли это на самом деле? Мы еще не раз вернемся к СВЧ в свете новых данных и попробуем показать, что подобная жертва не является столь уж бессмысленной и эволюционно несовершенной.
ИММОБИЛИЗАЦИЯ ПАТОГЕНА
В латинском словаре слово «immobilis» означает «неподвижный». Устойчивое растение обездвиживает паразита, который пытается в пего проникнуть. Прорастающие споры паразита склеиваются между собой, кончик гиф грибов перестает расти, а бактериальные клетки приковываются к клеточным оболочкам растения и постепенно теряют жизнеспособность. Как это происходит? Исследования последних лет свидетельствуют о том, что свойством обездвиживать патогенов обладают особые вещества, получившие название лектинов.
Лектины — белковые соединения, которые избирательно связывают углеводы, не вызывая при этом их химического превращения. Избирательность их взаимодействия с углеводами подчеркивается самим термином «лектин» (от латинского legere — выбирать).
Все разнообразие функциональных свойств лектинов связано с их способностью связывать различные углеводные группировки, которыми могут быть как свободные моно- и олигосахара, так и углеводные остатки в составе высокомолекулярных гликопротеидов, гликолипидов и полисахаридов. Поскольку в молекуле лектина находится не менее двух участков связывания углеводов, то лектины способны агглютинировать (агрегировать, группировать, склеивать) между собой живые клетки, в том числе и эритроциты. При этом один участок связывания в молекуле лектина прикрепляется к одной клетке, а второй — к другой.
Примерно 100 лет назад в составе бобов клещевины было найдено вещество (лектин), вызывающее агглютинацию эритроцитов и их гемолиз. С тех пор и до 1965 г. было получено только 3 изолированных лектина: рицин из семян клещевины, конканавалин А из семян конкава-валии мечевидной и лектин из фасоли. Поскольку на первых этапах все лектины были выделены только из тканей растений, они получили название фитоагглютининов. Впоследствии, когда стало ясным, что лектины присутствуют почти у всех организмов — от бактерий до млекопитающих, название лектины постепенно вытеснило фитоагглютинины.
К настоящему времени известно не менее 100 лектинов, полученных в чистом виде. Исследование лектинов стало модным направлением в науке. Ежегодно им посвящается большое число экспериментальных сообщений и обзоров. Появилась даже новая наука — лектинология.
Из числа всех обследованных растений, а их более 3000 видов, лектины найдены примерно у 1000. Практически в каждом семействе растений обнаружены представители, содержащие лектины.
Каких-либо структурных особенностей, характерных для лектинов, не существует. Большинство из них представляют собой гликопротеины с молекулярной массой от 25 000 до 400 000, но есть и исключения. Таким образом, лектины — достаточно гетерогенная группа веществ, объединенная лишь общим функциональным свойством.
Различные группы лектинов связывают различные углеводные группировки. На этом основании лектины разделяют на 6 классов. Одни из них связывают D-маннозу или D-глюкозу, другие N-ацетил-D-глюкозамин, третьи — N-ацетил-D-галактозамин, четвертые — D-галактозу и т. д. Избирательность связывания углеводов лектинами в какой-то мере напоминает реакцию антиген-антитело. Однако антитела обладают значительно более высокой специфичностью, при взаимодействии их с антигенами образуются уникальные структуры. Что касается лектинов, то один и тот же лектин может связываться со многими веществами, лишь бы они содержали одну и ту же углеводную группировку. К тому же сродство антител к антигену на несколько порядков выше, чем у лектинов.
Основным тестом для определения лектинов является агглютинация эритроцитов, поскольку на поверхности последних находится широкий набор углеводов, принадлежащий гликопротеидам и гликолипидам. Последние ориентированы таким образом, что направляют свои углеводные группы к внешней поверхности эритроцита, образуя своеобразный углеводный чехол.
Поскольку каждый лектин связывается с определенным углеводом, то добавление извне такого же углевода препятствует связыванию и соответственно предотвращает агглютинацию эритроцитов. Такие моносахара (или олигосахара), блокирующие активные центры лектинов, получили название гаптенов.
В настоящее время лектины успешно используются как инструменты для исследования поверхности клеток и биологических мембран. Особенно перспективным является исследование физиологической функции лектинов. Предполагается, что лектины участвуют в транспорте и накоплении углеводов в растениях, запасании веществ в семенах, процессах клеточного деления, распознавании пестиком типа пыльцы и других процессах. Однако особо важная роль принадлежит лектинам в процессах узнавания и взаимодействия клеток. Именно на этом свойстве и основана защитная роль лектинов в растениях, способных иммобилизовывать фитопатогены.
Иммобилизация может быть нескольких типов, например склеивание между собой проросших и непроросших спор фитопатогенных грибов или клеток бактерий. Так, лектины, выделенные из батата, вызывают слипание спор возбудителя черной гнили; лектин картофеля агглютинирует споры и цисты возбудителя фитофтороза, бактериальные клетки Pseudomonas solanacearum. Естественно, что склеенные клетки и споры не могут прорастать и распространяться и, следовательно, теряют свою вредоносность.
Предположим, споры паразита попадают на пораненный участок растительной ткани. Лектины, присутствующие в растительном соке,
