13 ноября 2024
ПодготовилаЕкатерина Крупинская
Иногда ключ к эволюционному успеху — это не борьба с конкурентами, а умение ужиться вместе. Энтомологи из США обнаружили, что патогенные грибки, заражающие насекомых, способны делить территорию и совместно использовать ограниченные ресурсы жертвы.
Изображение:Флуоресцентно-меченые патогенные грибки рода Metarhizium распределились по телу зараженной дрозофилы.
Credit:
University of Maryland, Raymond St. Leger | пресс-релиз
Почвенные грибы рода Metarhizium встречаются повсеместно и имеют огромное значение для природных и сельскохозяйственных экосистем, вступая в симбиоз с растениями и выполняя роль патогенов насекомых. Существует предположение, что эти организмы эволюционировали, чтобы колонизировать растения в сезонных условиях и повысить шансы на выживание при низкой численности насекомых.
Исследования разных видов Metarhizium (особенно это касается M. robertsii штамма Mr2575 и M. anisopliae штамма Ma549) показали, что они производят инфекционные структуры и разнообразные литические ферменты, которые помогают им проникать в тело насекомых через кутикулу. В ходе экспериментов на табачных бражниках (Manduca sexta) было выявлено, что Ma549 обладает свойствами узкоспециализированного энтомопатогена с биотрофными характеристиками (способен заражать живых особей M. sexta). Mr2575, напротив, служит примером патогенов с широким спектром действия. Он обладает некротрофными свойствами, то есть убивает M. sexta с помощью различных токсинов и только потом колонизирует труп.
Ученые из США проанализировали конкуренцию Metarhizium spp. при колонизации растений и различных насекомых. Для этого они визуализировали заселение грибком корней Arabidopsis thaliana и заражение насекомых-хозяев.
На первом этапе исследования ученые оценивали взаимодействие штаммов Mr2575 и Ma549 invitro, культивируя их вместе и по отдельности. Динамика роста несколько различалась — Ma549 рос быстрее при достаточном количестве питания, а в условиях, когда питательные вещества ограничены, уже Mr2575 обгонял своего конкурента. Это давало ему преимущество, в частности, при заселении корней арабидопсиса. Доказательств химического антагонизма между Mr2575 и Ma549 найдено не было.
Далее, используя визуализацию с помощью флуоресцентных белков, ученые наблюдали, как грибки взаимодействуют при колонизации (заражении, распространении внутри и, в конечном счете, убийстве) насекомых. Вместо того чтобы один штамм доминировал и исключал другой, грибки аккуратно поделили территорию между собой — в буквальном смысле. После заражения личинок M. sexta Mr2575 оставался локализован в меланизированных участках сегментов (передняя их часть), в то время как Ma549 быстро распространялся на менее пигментированные области (задние части сегментов). Дальнейший анализ показал, что этому способствовали бластоспоры грибка, которые подавляют меланизацию организма-хозяина и ограничивают распространение конкурирующего штамма.
Исследование также провели на более мелких насекомых — дрозофилах. В них конкурентное преимущество Ma549 было менее выраженным. Из двух штаммов он быстрее убивал дрозофил, чем Mr2575. Однако при коинфекции гибель мушек не определялась более агрессивным патогеном — летальность была промежуточной у самцов и сопоставимой с Mr2575 у самок. Штаммы также «делили» тело насекомого — Mr2575 колонизировал грудной отдел, причем это было намного более выражено у самок, чем у самцов.
Почему же существует такое сотрудничество? Исследователи полагают, что каждый штамм гриба со временем приспособился к своим уникальным особенностям и нишам, что позволило им разделить ограниченные ресурсы.
«Это не выживание сильнейших в том смысле, в каком мы часто думаем об этом. Иногда это выживание тех, кто может просто ужиться вместе, — объясняет профессор Рэймонд Сент-Леже. — Вместо того чтобы истреблять друг друга, эти грибы, очевидно, выработали сложные способы сосуществования, и мы только начинаем понимать этот баланс». То, как Metarhizium spp. ориентируются в своих хозяевах и как они «сообщают» о своем территориальном делении, подлежит дальнейшему изучению. Понимание того, как взаимодействуют различные виды грибов, может помочь ученым и аграриям разработать более эффективные методы биологической борьбы с вредителями и стратегии, способствующие росту растений. Сент-Леже отмечает, что грибки уже демонстрируют перспективы в защите растений от отравления ртутью, улучшении роста урожая и уничтожении насекомых, распространяющих болезни.
Как грибы-патогены муравьев защищаются от социального иммунитета
Источник
Sheng, H., St. Leger R.J. Metarhizium fight club: Within-host competitive exclusion and resource partitioning// PLoS Pathog, Vol. 20, №11, Published Online November 7, 2024. DOI: 10.1371/journal.ppat.1012639
