Как растения защищаются от болезней - Лев Владимирович Метлицкий

проникает в клетку растения. Происходит соприкосновение их поверхностей, в результате чего возникает так называемая поверхность взаимодействия двух организмов. Рецепторы клетки хозяина проверяют поверхность клетки паразита, ищут среди них чужеродные антигены. Если такие антигены найдены, рецепторы растительной клетки хозяина связываются с поверхностными антигенами паразита. И вот уже в центр клетки посылается приказ: «Включить защитные реакции!».

К настоящему времени описано не менее 40 типов поверхностей взаимодействия. Поверхность взаимодействия между клетками хозяина и паразита будет различна в зависимости от того, проникает ли паразит внутрь клетки или развивается в межклетниках. Например, большинство фитопатогенных бактерий родов Pseudomonas и Xanthomonas обитают не в клетках растений, а в пространстве между клетками, поэтому между протопластами хозяина и паразита находится клеточная стенка растения и оболочка бактерии. Гифы возбудителя фитофтороза картофеля проникают в его клетки, и поэтому поверхность их взаимодействия представляет собой соприкосновение цитоплазматической мембраны хозяина с клеточной стенкой паразита. Иногда протопласт паразита непосредственно соприкасается с протопластом хозяина, как это происходит при заражении растений семейства крестоцветных плазмодиальными паразитами, и тогда взаимное распознавание предполагает взаимодействие молекул на поверхности цитоплазматических мембран партнеров. С некротрофами дело обстоит несколько иначе, поскольку некротрофные паразиты не вступают в контакт с живыми клетками растения, а соприкасаются с уже убитыми ими с помощью токсинов. Возможно, что в этом случае следует принимать во внимание взаимодействие токсина с поверхностью еще живых клеток, от чего зависит, останутся ли они живыми или погибнут.

По-видимому, специфичность взаимодействия бобовых растений с клубеньковыми бактериями рода Rlnzobium также основана на взаимном распознавании макро- и микробионта. В этом процессе, как уже ранее говорилось, большая роль принадлежит лектинам, которые связывают бактерию, специфически приуроченную образовывать клубеньки именно на этом виде растения.

ИНДУКТОРЫ, ЭЛИСИТЕРЫ, ПРОВОКАТОРЫ

Что это такое? Это — вещества паразита, которые распознаются растением и служат тем самым для него сигналом к включению системы ответных защитных реакций. Вначале их назвали индукторами, поскольку они индуцируют устойчивость. Однако вследствие широкого толкования слова индуктор (индуцировать можно многие процессы, а не только устойчивость), термин индуктор предложили заменить на элиситер (от английского to elicit — вызывать, извлекать). А затем, на 12-м Ботаническом конгрессе в Ленинграде, слово элиситер было переведено как «провокатор», что оказалось очень близким к истине, поскольку никакое слово лучше этого не отражает истинную роль элиситеров в составе фитопатогенов. Элиситеры как бы «выдают» растению присутствие паразитов. Они представляют собой нечто вроде пятой колонны среди веществ паразита.

Тогда не может не возникнуть следующий вопрос, а затем же патогенам иметь в своем составе провокаторы-элиситеры? Ведь не для того же, чтобы их присутствие выдавало паразитов растениям, в которые они проникают? Конечно, нет. Дело не в том, что паразиты содержат элиситеры, чтобы позволить растению себя распознать, а в том, что растение приобретает способность распознавать среди метаболитов патогена вещества, которые начинают играть роль элиситеров. Роль элиситеров им навязывается растением. У паразита они служат совсем другим целям, выполняя нужные патогену функции. Чаще всего они являются структурными элементами клеточных оболочек либо экстрацеллюлярными ферментами и т. п.

Какова природа элиситоров и где они локализованы? Обычно это либо поверхностные, либо выделяющиеся паразитом вещества, т. о. именно то соединения, которые первыми соприкасаются с поверхностью растения. Ими могут быть хитин, хитозан, глюканы, гликопротеины, липополисахариды, липогликопротеидьг, пектолитические и протеолитические ферменты. Как правило, большинство элиситеров содержат в своем составе углеводы, роль которых в процессах распознавания общеизвестна. Одпако бывают и исключения. Так, элиситер фитоалексина гороха — пизатина — мопиликолин А, выделенный из паразита, вызывающего плодовую гниль яблок и грунт (Monilia fructigena), представляет собой полипептид с молекулярной массой около 8000 Дальтон.

Кстати, мониликолин А был первым элиситером, выделенным в Австралии в лаборатории профессора И. Круикчанка. Сейчас их известно несколько десятков, хотя не все они одинаково хорошо охарактеризованы. Часто один и тот же патоген содержит не один, а два или даже три элиситора, разной химической природы и по-разному локализованных в составе патогенов.

Так, в клеточных стенках и в составе выделений возбудителя фитофтороза сои присутствуют два элиситера, один из которых β-1,3-β-1,6-глюкан с молекулярной массой 100 000, а другой гликопротеин с молекулярной массой 150 000 Дальтон. В клеточпых стенках возбудителя фитофтороза картофеля нами обнаружены высокомолекулярные β-1,3-β-1,6-глюканы, а в цитоплазме липогликопротеидный комплекс. На поверхности бактерий находится липополисахаридный комплекс, который также выполняет функцию элиситера. Элиситеры индуцируют фитоалексины в крайне низких концентрациях, составляющих 10-9 и даже 10-13 М.

К настоящему времени более или менее очищен только одип элиситер из клеточных стенок возбудителя фитофтороза сои. Оказалось, что он представлял собой олигосахарид, состоящий из нескольих глюкозпых остатков, связанных β-1,3 и β-1,6-связями. Однако даже в составе наиболее очищенной фракции элиситера присутствуют полимеры глюкозы, связанные в положении 1–4, которые рассматриваются как «загрязнение».

Очень мало известно относительно механизма действия элиситеров. Поскольку каждое ботаническое семейство имеет фитоалексины разной химической природы, за синтез которых ответственны разные ферментные системы, то изучать механизмы индукции очень сложно. Предполагается, что в здоровом растении группа генов, ответственных за образование ферментов, синтезирующих фитоалексины, зарепрессирована. Индукция связана с дерепрессией этих участков генома клетки, в результате чего и начинается синтез ферментов. В пользу подобного предположения говорит тот факт, что под влиянием заражения несовместимыми паразитами в растительных тканях начинается активный синтез молекул РНК и усиленный синтез белка. Если инфицированные ткани обработать метаболическими ядами, ингибирующими синтез РНК и белка, образование фитоалексинов прекращается.

Пожалуй, наиболее убедительным доказательством в пользу справедливости этого предположения являются опыты с фитоалексином касторовых бобов — касбеном, который по химической природе представляет собой дитерпен. В тканях устойчивых бобов под влиянием заражения синтез касбена возрастал в 20–40 раз. Но самое интересное состояло в том, что заражение активировало не синтез дитерпенов вообще, а только одного дитерпена — касбена. Синтез других дитерпенов под влиянием заражения оставался в пределах нормы. Это говорит о том, что синтез касбена в результате инфицирования является результатом специфической индукции соответствующих ферментов, а не результатом усиления биогенеза дитерпенов вообще.

Существует и другая гипотеза, согласно которой ферменты, ответственные за образование фитоалексинов, хотя и существуют в здоровой клетке, по находятся в ней в неактивном состоянии, поскольку связаны некими ингибиторами. Под действием элиситера ингибирование снимается.

Большинство известных к настоящему времени элиситеров обнаружено на основании их способности вызывать накопление в растительных тканях фитоалексинов. Впоследствии стало ясным, что многие из элиситеров не только индуцируют синтез этих веществ, но и вызывают некротизацию тканей, являющуюся неотъемлемой составной частью реакции СВЧ, а также образованно раневой перидермы, отторгающей зону инфицирования от здоровой ткани.