Биология

Биолог РУДН раскрыл, как безвредная бактерия превращается в фитопатоген

Gerald Holmes/Strawberry Center/Cal Poly San Luis Obispo/Moser/Indicator.Ru

Биолог РУДН предположил, что виды опасных для растений бактерий рода Xanthomonas развиваются из своих безвредных «родственников». Гены, которые обеспечивают способность вызывать заболевания, они приобретают у бактерий других видов. Результаты опубликованы в сборнике международной конференции PLAMIC2020.

Бактерии рода Xanthomonas — фитопатогены, которые вызывают заболевания десятков сельскохозяйственных культур, включая пшеницу, рис, капусту, томат, плодовые деревья и кормовые травы. Но некоторые представители этого рода не паразитируют на растении — они живут на листьях и стеблях, питаются выделениями растений и частицами оседающей пыли. Почему одни бактерии рода Xanthomonas становятся опасными патогенами, а другие нет — неизвестно.

Биолог РУДН предположил, что предки патогенных бактерий этого рода были безвредными, но затем «заимствовали» гены, ответственные за патогенность, у других видов бактерий. Биологи сравнили 32 штамма вида Xanthomonas arboricola, к которому принадлежат многие непатогенные представители рода. Образцы бактерий были собраны с томатов, рапса, подсолнечника и ячменя. Культуры вырастили на питательной среде, приготовили из них суспензию и нанесли ее на листья различных растений.

Все исследованные штаммы оказались вредными как минимум для одной культуры. Геном самого агрессивного штамма 3004, который заразил ячмень, пшеницу, рапс, капусту, томат, грецкий орех и подсолнечник, был расшифрован, а у остальных бактерий детально исследовали гены, которые связаны с патогенностью. Однако ни в одном штамме не обнаружились гены «молекулярного шприца» — механизма транспортной системы T3SS, которую используют известные патогены рода Xanthomonas, чтобы атаковать клетки растений. Отсутствие этих генов должно было бы указывать на то, что бактерии безвредны — но эксперимент показал, что они все-таки вызывают болезни и гибель растений. Поэтому биологи предположили, что патогенность этой группы бактерий рода Xanthomonas возникает из-за других механизмов.

Биологи предположили, что бактерии Xanthomonas становятся патогенами из-за горизонтального переноса генов — процесса, при котором бактерия получает генетический материал не от предков, а от другой, неродственной бактерии. Ключевым фактором патогенности биологи для изученных штаммов считают белок VirE другой транспортной системы — T4SS. Кодирующий этот белок ген мог быть заимствован от другого вида, и вероятно, до этого «приобретения» штаммы X. arboricola не были патогенными, и обитали на поверхности растений, не нанося им вреда.

«Единого мнения об эволюции рода Xanthomonas пока не сложилось. Некоторые исследователи считают, что все бактерии в нем изначально были патогенными, а затем некоторые потеряли гены, необходимые для заражения растений. Наши результаты говорят в пользу противоположной точки зрения. Расшифрованный нами геном X. arboricola выглядит мозаичным, то есть имеет много схожих генов с другими видами. Мы предполагаем, что штамм-предок мог быть безвредным для растений до тех пор, пока гены T4SS и T3SS не были получены в результате горизонтального переноса», — доктор биологических наук Александр Игнатов, профессор агробиотехнологического департамента РУДН.