Nowe spojrzenie na patogeny grzybowe atakujące rośliny
Patogeny grzybicze stanowią powszechne i znaczące zagrożenie dla upraw roślin na świecie, a ich występowanie zmniejsza plony wielu roślin o znaczeniu gospodarczym. Biotroficzne patogeny grzybowe atakują żywą tkankę roślin i wydzielają białka - efektory, przejmując w ten sposób i kontrolując procesy komórkowe. Poznanie procesów, za pomocą których patogeny grzybowe zakażają rośliny, ma kluczowe znaczenie dla rolnictwa i bezpieczeństwa żywnościowego. Syntetyczna rekonstrukcja eukariotycznych patogenów roślinnych stanowi wyzwanie, zarówno ze względu na problemy technologiczne, jak i brak szczegółowej wiedzy na ten temat. „Patogeny eukariotyczne charakteryzują się wysoką liczbą (potencjalnych) czynników wirulencji, a świat nauki nawet nie zbliżył się do zrozumienia ich funkcji”, wyjaśnia Gunther Doehlemann, profesor biologii roślin na Uniwersytecie w Kolonii i koordynator projektu conVIRgens. W ramach projektu conVIRgens, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Doehlemann i jego zespół starali się syntetycznie zrekonstruować strategie wirulencji eukariotycznych patogenów grzybowych, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób atakują one rośliny.
Edycja genów pomaga w analizie strategii wirulencji grzybów
Niektóre grzyby, takie jak rdzowce czy mączniak prawdziwy, są trudne do zbadania, ponieważ są obligatoryjnymi patogenami ) – wymagają zakażenia innego organizmu w celu realizacji swojego cyklu życiowego, w wyniku czego ich hodowla nastręcza wielu problemów. Jednak niektóre grzyby wywołujące głownie, w tym Ustilago maydis atakujący kukurydzę, mają także stadium drożdży, co pozwala naukowcom łatwiej hodować je w laboratorium. Zastosowana przez badaczy pierwotna strategia polegała na rozbrojeniu grzyba Ustilago maydis poprzez zmutowanie efektorów patogenu przy użyciu technologii edycji genów CRISPR-Cas9. „W rezultacie wygenerowaliśmy wiele zmutowanych szczepów CRISPR-Cas9 grzyba Ustilago, upośledzonych pod względem zjadliwości, które wykorzystaliśmy w celu zbadania molekularnych funkcji białek efektorowych”, mówi Doehlemann. Zespół odkrył także alternatywną strategię już w trakcie prac, z powodzeniem tworząc hybrydowy szczep grzyba Ustilago maydis, który pozwolił na badanie czynników wpływających na wirulencję przy użyciu technologii CRISPR-Cas9. Niektóre z zaskakujących ustaleń staną się dostępne po opublikowaniu wyników badań jeszcze w tym roku.
Praktyczne zastosowania w sektorze ochrony plonów
Zespół projektu conVIRgens ma nadzieję, że wyniki przeprowadzonych badań przełożą się na korzyści dla szeroko pojętej społeczności naukowej, między innymi dzięki praktycznym rozwiązaniom przeciwdziałającym stratom plonów. „Analiza repertuaru efektorów grzyba Ustilago maydis pozwoliła na odkrycie szeregu czynników wpływających na wirulencję, które biorą udział w procesie atakowania roślin”, zauważa Doehlemann. „Badanie tych czynników stanowiło główny cel naszego projektu i uważamy, że nasze odkrycia stanowią cenny wkład w naukę”. Dzięki projektowi grzyb Ustilago maydis stał się istotnym narzędziem pozwalającym na badanie funkcjonalnej charakterystyki efektorów obligatoryjnych grzybów biotroficznych, takich jak rdzowce czy mączniak prawdziwy. „Zastosowane przez nasz zespół podejście umożliwiło skuteczniejsze scharakteryzowanie wirulencji tych grzybów, co bezpośrednio wpływa na badania dotyczące ochrony plonów”, dodaje.
Dalsze badania nad molekularnymi funkcjami efektorów patogenów
Naukowcy planują wykorzystać wiedzę i metody opracowane w ramach projektu, aby lepiej zrozumieć funkcje molekularne efektorów patogenów. Doskonałym przykładem są efektory aktywatorów transkrypcyjnych, które zespół odkrył w trakcie projektu. „Zamierzamy zbadać sposób działania tych efektorów w przypadku różnych patogenów roślinnych”, mówi Doehlemann. Zespół projektu odkrył również, że efektory grzybowe wpływają na konkurencję patogenów grzybowych z innymi drobnoustrojami, co otworzyło nowe obszary badań, które zespół planuje kontynuować.
Słowa kluczowe
conVIRgens, edycja genów, wirulencja grzybów, strategie, molekularne, funkcje, patogeny, efektory, CRISPR-Cas9, plony, wydajność
