Биологи оценили конкурентоспособность грибов, поражающих злаки

Ученые определили, что паразитические грибы, совместно заражающие одни и те же растения, в частности пшеницу и дикорастущие злаки, почти в половине случаев конкурируют друг с другом, при этом более «сильный» из конкурентов подавляет рост своих соперников. Такой тип взаимоотношений обычно сопровождается накоплением в пораженных органах растения микотоксинов, опасных для животных и человека. В связи с этим знание о том, как взаимодействуют между собой разные патогены, сосуществующие на культурных растениях, поможет оценивать риски накопления микотоксинов и степень безопасности сельскохозяйственной продукции. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Contemporary Problems of Ecology.

Паразитические грибы вида Bipolaris sorokinana и рода Fusarium вызывают опасные болезни: гниль корней, пятнистость и ожоги листьев, увядание побегов — у более чем 200 видов растений, в том числе культурных. Более того, многие патогенные грибы производят микотоксины, которые при попадании в организм человека и животных нарушают работу почек и иммунной системы, а также способствуют развитию онкологических заболеваний. По данным ВОЗ, более 25% мирового сбора зерна содержит микотоксины из-за грибных инфекций, а потому огромное количество сельскохозяйственной продукции оказывается непригодным для употребления в пищу и утилизируется.

Паразитические грибы производят микотоксины, чтобы успешно конкурировать с патогенами других видов, поражающими то же растение. При этом, несмотря на такое «химическое оружие», совместное паразитирование сразу нескольких видов грибов встречается очень часто, поскольку патогены с помощью микотоксинов не уничтожают соперника, а только угнетают его. Это указывает на то, что между паразитами складываются сложные межвидовые взаимоотношения, позволяющие им сосуществовать. Так, в более ранних работах исследователи из Новосибирского государственного аграрного университета и Новосибирского государственного педагогического университета выяснили, что культурные и дикорастущие злаки, например, пшеница, обычно оказываются одновременно заражены Bipolaris sorokiniana и фитопатогенами рода Fusarium. Более того, авторам удалось идентифицировать 12 различных видов грибов, паразитирующих совместно. В связи с этим ученые исследуют взаимоотношения грибов-паразитов, чтобы оценить риски накопления микотоксинов в зерновых культурах и подобрать наиболее эффективные методы борьбы с инфекциями.

В новой работе ученые из Новосибирского государственного аграрного университета и Новосибирского государственного педагогического университета (Новосибирск) исследовали взаимодействия восьми видов микроскопических грибов, наиболее часто поражающих яровую пшеницу и дикорастущие злаки Сибири. Патогены совместно выращивали в чашках Петри в течение десяти дней и отслеживали изменения, которые происходили с образуемыми ими колониями при различных вариантах «соседства». Авторы сравнили эти варианты с грибами, не испытывавшими никакой конкуренции, то есть выращенными отдельно. Для количественной оценки ученые разработали балльную шкалу, включающую 13 признаков, по которым каждому из исследованных видов присваивали баллы от нуля до четырех. Так, среди критериев были скорость роста, цвет, форма, характер поверхности колоний. Наименьший балл получали «слабые» грибы, в чьих колониях наблюдались наиболее сильные изменения при совместном росте с другими видами, поскольку это указывало на то, что они хуже всего переносили соседство. Наибольший балл, напротив, соответствовал самым конкурентоспособным патогенам.

Эксперименты показали, что разные виды грибов, относящиеся к роду Fusarium, в основном не влияли на рост друг друга. Конкурентные отношения наблюдались между всеми представителями Fusarium и Bipolaris sorokiniana, причем последний соперничал не всегда успешно: три вида Fusarium ему удалось подавить, а четырем он был вынужден уступить. В случае угнетения колонии грибов росли примерно в 2,5 раза медленнее, а также имели значительные внешние отличия от культур, не испытывающих конкурентного подавления. Например, у них наблюдались изменения цвета и формы колоний, между грибами формировались зоны лизиса, то есть свободные участки, наполненные микотоксинами.

«Предложенная и запатентованная нами балльная шкала может использоваться для оценки конкурентоспособности и других микроорганизмов. Она позволяет количественно описать характер взаимоотношений между паразитами, сосуществующими на одном и том же растении. Это важно знать для того, чтобы прогнозировать угрозы накопления микотоксинов в продукции зерновых культур, поскольку эти соединения активно вырабатываются патогенными грибами в процессе взаимодействия друг с другом. В дальнейшем мы планируем расширить исследования на другие виды фитопатогенов, усовершенствовать метод изучения межвидовых взаимоотношений грибов в направлении оценки фитотоксичности выделений конкурирующих “соседей”», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Торопова, доктор биологических наук, профессор кафедры защиты растений Новосибирского государственного аграрного университета.