5 апреля 2025
Анна Медведева, AgroXXI.ru
Fusarium oxysporum — это почвенный грибной патоген, вызывающий группу серьезных заболеваний растений, известных как фузариозное увядание. Будучи одним из наиболее экономически важных фитопатогенов во всем мире, он может заражать сотни видов, включая основные культуры, такие как томаты, бананы, хлопчатник и дыни, вызывая увядание, задержку роста и гибель растений. Понимание того, как F. oxysporum преодолевает защитные силы хозяина, увеличивая вирулентность, имеет решающее значение для смягчения его воздействия на сельское хозяйство.
F. oxysporum занимает пятое место среди 10 самых патогенных грибов растений из-за своей широкой патогенности.
Теперь группа ученых под руководством профессора Лю Сяо из Института микробиологии Китайской академии наук (CAS) обнаружила важную связь между циркадными часами гриба фузариозного увядания и его патогенностью, предлагая новое понимание того, как F. oxysporum адаптируется к среде своего хозяина.
Исследование показывает, что циркадные часы играют ключевую роль в регулировании реакции гриба на цинковое голодание — основную стратегию защиты растений — а также в контроле вторичного метаболизма, тем самым усиливая его вирулентность. Результаты исследования, которые открывают новый взгляд на взаимодействие хозяина и патогена, опубликованы в журнале Science Advances.
Циркадные часы — это биологические системы хронометража, которые позволяют организмам синхронизировать физиологические процессы с ежедневными циклами окружающей среды. Хотя известно, что эти часы влияют на иммунные реакции в организмах-хозяевах, их роль в регуляции вирулентности патогенов оставалась в значительной степени неизученной — до сих пор.
Это исследование подтверждает наличие функциональных циркадных часов у F. oxysporum, характеризующихся отрицательной обратной связью, включающей факторы транскрипции FoWC1, FoWC2 и основной часовой белок FoFRQ. Среди множества генов Fofrq, вносящих вклад в циркадный осциллятор, Fofrq1 был идентифицирован как первичный регулятор.
Используя мутанты грибов с дефицитом часов, исследователи продемонстрировали, что гены циркадных часов необходимы для вирулентности патогена. Дополнительные эксперименты показали, что вирулентность грибов меняется в течение дня под контролем часов, то есть способность гриба заражать растения колеблется в зависимости от времени суток.
Анализ транскриптома временных рядов далее выявил ритмические паттерны экспрессии в многочисленных генах, особенно факторах транскрипции и метаболических генах, некоторые из которых перекрываются с известными патогенными факторами. Эти регулируемые часами пути помогают F. oxysporum смягчить стресс от недостатка цинка и повысить выработку фузариновой кислоты, ключевого фитотоксина, который усиливает его инфекционность.
«Здесь мы исследовали роль циркадных часов в регуляции патогенеза грибного патогена Fusarium oxysporum, при этом Fofrq1 является основным геном циркадных часов. Патогенез F. oxysporum в растениях контролируется его циркадными часами, при этом инфекции вызывают самые тяжелые симптомы заболевания на рассвете. Примечательно, что нарушение генов часов резко снижает патогенность гриба. Циркадные часы регулируют ритмическую экспрессию нескольких факторов транскрипции, включая FoZafA, который позволяет патогену адаптироваться к цинковому голоданию внутри растения, и FoCzf1, который управляет выработкой токсина фузариновой кислоты. В совокупности наши результаты подчеркивают важную роль циркадных часов в патогенности F. oxysporum путем регулирования реакции на голодание по цинку и выработки вторичных метаболитов», поясняют авторы исследования.
Модель, иллюстрирующая, как эндогенные циркадные часы F. oxysporum способствуют вирулентности и инфекции. Источник: группа профессора Лю Сяо.
Эта научная работа подчеркивает важную роль циркадных часов грибов в организации патогенеза и вторжении в хозяина, открывая путь для инновационных подходов к защите сельскохозяйственных культур.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнань.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
