Взаимоотношения хозяин-паразит в природе давно стали источниками идей для фильмов ужасов, и растения не являются исключениями.
Две точки зрения на одно и то же растение показывают разные грани экологического подхода.
Занимательную историю о растениях, пиве, бактериях и зомби рассказал доктор Сэм Магфорд, научный сотрудник Центра Джона Иннеса, приурочив ее к Хэллоуину: «В 2018 году я увидел в социальных сетях пост местного учителя, который заметил нечто странное в своем саду. Его растения хмеля отращивали листья там, где должны были быть цветочные шишки. Как ученый-растениевод и энтомолог, я заинтересовался. Кроме того, я люблю варить пиво. И, наконец, у меня были подозрения относительно причины этого аномального роста.
В лаборатории Хогенхаут в Центре Джона Иннеса наша команда изучает взаимодействие насекомых с растениями, в частности сосущих насекомых, таких как тля, цикадка и пенница. У всех этих насекомых есть общее - специализированные ротовые органы, называемые стилетами. Эти колющие, сосущие органы проникают в растение и извлекают сок из его «вен», как вампиры. Это делает этих насекомых исключительно хорошими переносчиками болезней, таких как вирусы и бактериальные фитопатогены.
Один из изучаемых нами патогенов бактерий растений называется фитоплазма. Это внутриклеточные бактерии, что затрудняет их изучение, поскольку они растут только внутри клеток растений или животных. Мы не можем выращивать их в лабораторных условиях в чашке Петри, поэтому изучаем их внутри растения или даже внутри насекомого.
Фитоплазмы делают с растениями очень странные вещи. Они не просто заражают их и делают больными. Они берут под контроль развитие растения, часто изменяя цветы, чтобы создать листовые структуры вместо лепестков. По сути, бактерии превращают растения в зомби, контролируя их развитие ради собственной выгоды. Вы можете увидеть воздействие фитоплазмы на все виды растений, включая сельскохозяйственные культуры. Сюда входят растения нута и масличный рапс. Фактически, фитоплазмы могут быть серьезными вредителями для масличного рапса во многих регионах мира. Желтуха астр - распространенное название этой болезни.
Эти эффекты очень похожи на то, что я видел в посте в социальных сетях о хмеле, где вместо классической структуры цветочной шишки росли листья. Моей первой мыслью было, что это может быть вызвано фитоплазмой.
У сосны, зараженной фитоплазмой, ветви будут расти дико, образуя неконтролируемую кустистую структуру. Эти симптомы известны как ведьмина метла. Помимо листовых цветов и кустистых структур, есть еще одно изменение в развитии цветков, которое вызывает фитоплазма – беспорядочность. Обычно цветы образуются по определенному плану, и когда они растут, они формируют лепестки, чашелистики, пыльники, тычинки и т. д., а затем останавливаются. Однако цветы, зараженные фитоплазмой, становятся неопределенными и продолжают выращивать листовые цветы из середины цветочных структур. Фитоплазма взяла на себя контроль над развитием растения.
Но почему? Какая от этого польза бактериям? Оказывается, некоторые симптомы, вызываемые фитоплазмами, привлекательны для насекомых-переносчиков. Эти насекомые не являются опылителями. Их не интересуют цветы, и им не нравятся яркие, кричащие цвета. Им не нужна пыльца, им нужен сок, поэтому их интересуют красивые, зеленые, кустистые растения. Это именно тот тип растений, которые заражены фитоплазмы.
Когда вы проводите эксперименты, предоставляя цикадкам выбор между зараженным и незараженным растением, они с большей вероятностью выберут зараженное и отложат там яйца или будут питаться им, и именно так они подхватывают фитоплазмы. Изменения в растениях, вызванные фитоплазмами, на самом деле помогают жизненному циклу бактерий, поскольку они побуждают насекомых подхватывать и распространять их.
Растения, зараженные фитоплазмой, больше не способны размножаться. Цветы бесплодны, они не могут производить семена. Они живут дольше, их жизненный цикл удлиняется. Они живут только для того, чтобы служить своим бактериальным хозяевам.
Идея зомби в природе не является уникальной для фитоплазм, поскольку существует множество примеров, когда заражение организмов паразитами напоминает эти отношения зомби-хозяина. Улитки могут быть заражены червем-трематодой, который вызывает зеленый и выпуклый рост ее усиков, который пульсирует и имитирует движение гусеницы, чтобы привлечь птиц к корму, похожему на гусеницу. Это изменение побуждает птиц прилетать и есть улитку, тем самым распространяя инфекцию. Опять же, паразит берет под контроль своего хозяина ради собственной выгоды.
Читать полностью: https://www.agroxxi.ru/gazeta-zaschita-rastenii/zrast/kak-rastenija-prevraschayutsja-v-zombi-i-komu-yeto-vygodno.html
Другим примером в растениях является грибной патоген, который поражает растение под названием
Bochera из семейства капустных. Почти противоположным образом фитоплазмам он вызывает рост листьев, напоминающих цветы. Гриб производит споры из структур, похожих на цветки. Эти структуры привлекают опылителей, которые вместо того, чтобы собирать пыльцу, случайно подбирают споры гриба и распространяют их.
Аналогично, уже широко известный кордицепс - это группа грибов, которые заражают насекомых, например, муравьев. Инфекция кордицепсом изменяет поведение муравьев, заставляя их взбираться на вершины деревьев, и именно тогда гриб производит свое плодовое тело. Этот гриб, который растет из головы муравья, распространяет грибные споры высоко в воздух.
То, как фитоплазмы контролируют развитие растения, было предметом исследований в течение многих лет, и мы обнаружили, что, попав внутрь, фитоплазмы секретируют ряд белков в клетку растения-хозяина.
Исследовательская группа выявила более 50 различных белков, которые эти бактерии могут секретировать в растительную клетку. Здесь они взаимодействуют с клеточными процессами различными способами. Мы исследуем, что делают эти белки и как они влияют на развитие растений.
Один из способов, которым мы это делаем, - это идентификация генов из фитоплазм, которые кодируют белки, и мы вводим их в растения, чтобы их клетки производили только один из этих белков. Затем мы исследуем, как они влияют на развитие растения.
«Мы задавали такие вопросы, как: «Вызывают ли какие-либо белки появление листовидных цветов? Ветвление? Или делают растения более привлекательными для цикад?» И, если говорить совсем коротко, да, они это делают.
На данный момент мы идентифицировали и работали с тремя белками: SAP11, SAP05 и SAP54. Оба белка - SAP11 и SAP05 0 вызвали у наших тестовых растений арабидопсиса повышенное ветвление, напоминая растения, зараженные фитоплазмой. SAP54 заставил цветы превратиться в листовые структуры. Помните, это не при наличии заражения фитоплазмами. Это всего лишь действие одного белка. Мы также обнаружили, что при использовании всех трех этих белков, когда вы заставляете растения их экспрессировать, растения становятся более привлекательными для цикад.
Итак, как только я увидел странный хмель на фото, то подумал: «Там может быть фитоплазма». Я связался с человеком, который разместил сообщение, и он, как оказалось, жил неподалеку, поэтому он приехал в Центр Джона Иннеса в Норвиче и привез с собой несколько своих потенциально зараженных фитоплазмой цветков хмеля, а также несколько бессимптомных цветков. Я извлек ДНК и провел ПЦР-тесты, чтобы попытаться обнаружить фитоплазму, и в симптоматическом цветке нашлись ДНК фитоплазмы.
Для меня очевидным следующим шагом было сварить немного пива из зараженного хмеля. Поэтому мы отнесли зараженные цветки хмеля в мой домашний сарай для пивоварения, а затем задались вопросом, какой солод мы могли бы использовать для этого особого «зомби»-пива. По совпадению, несколько лет назад коллега доктор Крис Ридаут нашел староместный сорт ячменя Шевалье (Chevallier), воскресил его и теперь этот сорт с устойчивостью к болезням выращивается и используется в коммерческих целях. Что может быть лучше, чем использовать ячменный солод, который был воскрешен из мертвых, для зомби-пива? Используя солод и зомби-хмель, мы сделали восхитительный зомби-стаут. Мой совет - следите за своими собственными растениями, но не пугайтесь – фитоплазмы не опасны для людей или животных».
Читать полностью: https://www.agroxxi.ru/gazeta-zaschita-rastenii/zrast/kak-rastenija-prevraschayutsja-v-zombi-i-komu-yeto-vygodno.html