Szara pleśń (Botrytis cinerea) i inne choroby wywoływane przez grzyby mogą powodować ogromne straty w rolnictwie, atakując zboża czy inne uprawy oraz ograniczając trwałość owoców i warzyw.

Z drugiej strony niektóre grzyby przynoszą swoim żywicielom korzyści, pomagając roślinom przetrwać. Na przykład pleśń Colletotrichum tofieldiae (Ct) zazwyczaj wspiera rozwój roślin - nawet wtedy, gdy brakuje im fosforu, składnika odżywczego ważnego dla fotosyntezy i wzrostu. Wykazano nawet, że ten żyjący na korzeniach grzyb zwiększa wzrost i plony ważnych gospodarczo upraw, takich jak kukurydza i pomidory.

Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego badali (doi: 10.1038/s41467-023-40867-w) nietypowy, patogenny szczep Colletotrichum tofieldiae, zwany Ct3, który hamuje wzrost roślin. Porównując korzystne i szkodliwe szczepy Ct, odkryli, że to, czy wpływ grzyba na roślinę jest szkodliwy, czy korzystny, zależy od aktywności lub nieaktywności określonego klastra genów. (Klaster to grupa blisko usytuowanych w genomie genów, które kodują blisko spokrewnione białka).

Kiedy klaster został zakłócony genetycznie lub przez zmianę środowiska, zachowanie grzybów zmieniło się: z hamowania wzrostu - na jego promowanie. Zrozumienie takich mechanizmów mogłoby pomóc ograniczyć marnowanie żywności poprzez wykorzystanie korzystnej roli, jaką grzyby mogą odgrywać w produkcji i przechowywaniu żywności. To poprawiłoby światowe bezpieczeństwo żywnościowe i pomogło ograniczyć ogromne marnotrawstwo produktó rolnych.

"Grzyby zakażające rośliny wykazują zróżnicowany styl życia, od mutualistycznego (korzystnego dla obu stron) do patogennego (szkodliwego), w zależności od środowiska żywiciela. Jednakże mechanizmy, dzięki którym zachowanie tych drobnoustrojów ulega zmianom w ramach zróżnicowanego stylu życia, pozostają słabo poznane" - powiedział profesor nadzwyczajny Kei Hiruma z Graduate School of Arts and Sciences na Uniwersytecie Tokijskim.

"Przeanalizowaliśmy informację genetyczną różnych szczepów grzyba korzeniowego Colletotrichum tofieldiae za pomocą porównawczej analizy transkryptomicznej, która umożliwiła nam zbadanie różnic w ekspresji genów pomiędzy każdym szczepem. Wyłącznie klaster genów wtórnego metabolizmu, zwany ABA-BOT, określa, czy grzyb wykazuje cechy patogenne czy mutualistyczne w stosunku do rośliny żywicielskiej" - dodał.

Zespół badawczy wykorzystał jako roślinę żywicielską często używanego do eksperymentów rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana) i pozyskał sześć szczepów grzyba Ct z różnych lokalizacji geograficznych, aby ją zarazić. Zgodnie z oczekiwaniami pięć szczepów znacząco pobudziło wzrost roślin, ale szósty – zwany Ct3 – okazał się hamować pobieranie składników odżywczych, powstrzymując wzrost roślin i prowadząc do objawów choroby.

Naukowcy odkryli, że zarówno patogenne, jak i mutualistyczne szczepy Colletotrichum tofieldae zawierają klaster genów ABA-BOT, ale szczepy mutualistyczne go nie wyrażały (geny nie były aktywne). Wcześniej uważano, że grzyby patogenne i mutualistyczne mają odrębne klastry cech charakterystycznych. Nowe odkrycia sugerują, że mechanizm jest bardziej złożony.

Kiedy działanie klastra genów zostało zakłócone, czy to na poziomie genetycznym, czy przez zmianę środowiska rośliny, Ct3 stał się niepatogenny, a nawet korzystny dla żywiciela, promując wzrost korzeni. Chociaż potrzebne są dalsze badania - wydaje się, że klaster ABA-BOT może przyczyniać się do chorobotwórczości różnych grzybów poza gatunkami Ct. Na przykład może brać udział w patogenezie pleśni Botrytis, który atakuje owoce i warzywa w gospodarstwach domowych.

"Jeśli uzyskamy wszechstronne zrozumienie mechanizmów regulacyjnych rządzących klastrem genów wtórnego metabolizmu grzybów, będziemy mogli opracować metodę selektywnego tłumienia potencjalnej patogenezy w skądinąd pożytecznych grzybach, optymalizując ich wykorzystanie w rolnictwie i wykorzystując pełny potencjał naturalnie występującej różnorodności drobnoustrojów w ekosystemach glebowych" – wskazał prof. Hiruma. - "Uświadomiłem sobie, że nawet patogeny mogą wykazywać nieszkodliwe cechy podczas znacznej części swojego cyklu życiowego. Właściwie zaczynam rozważać możliwość, że to, co tradycyjnie nazywamy patogenami, może w rzeczywistości funkcjonować jako pożyteczne drobnoustroje w innych warunkach". (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ zan/