Simbiotske i patogene gljive koje stupaju u interakciju sa biljkama su daleko povezane i nemaju mnogo genetskih sličnosti. Upoređujući biljne patogene gljive i biljne simbiotske gljive, naučnici sa Univerziteta u Kembridžu Laboratorije Sainsburi (SLCU) otkrili su da ovi udaljeni rođaci koriste sličnu grupu proteina da manipulišu i žive u biljkama.
Istraživački tim Sebastijana Šornaka radi na identifikaciji i karakterizaciji novih efektora arbuskularne mikorize (AM) — proteina koje luče simbiotske AM gljive da bi se olakšala kolonizacija korena biljaka. Kao deo toga, oni takođe istražuju da li patogene i simbiotske gljive koriste slične ili različite strategije.
Koristeći AlphaFold2 AI kompjuterski program koji predviđa strukture proteina, tim je prvi koji je uporedio izlučene proteine iz simbiotskih i patogenih gljiva. Otkrili su da simbiotske gljive kodiraju istu porodicu proteina koju patogene gljive koriste za interakciju i kolonizaciju biljaka. Nalazi su objavljeni danas u Nev Phitologist.
„Postoji ogromna raznolikost u genetskom kodu efektorskih proteina kod blisko povezanih mikroba, tako da je još teže uporediti sekvence proteina između patogena i simbionta koji su udaljeniji“, rekao je dr Albin Teulet, koji je prvi autor knjige. Istraživanje.
„Umesto toga, iskoristili smo nedavni razvoj AlphaFold2 da bismo uradili poređenje između proteinskih struktura koje se izlučuju iz simbiotskih gljiva i patogenih gljiva. Ovo je dovelo do otkrića da postoji grupa strukturno veoma sličnih proteina ranije poznatih od patogena koji su takođe prisutni – često u većem broju – kodirani u genomima simbiotskih gljiva.“
Odnosi biljke i gljive imaju dramatičan uticaj na zdravlje biljaka u prirodnim ekosistemima i poljoprivredi – i pozitivno i negativno. AM gljive su najčešća simbiotska asocijacija biljaka sa mikrobima, koloniziraju korenje biljaka kako bi promovisali unos hranljivih materija, poboljšali rast biljaka i čak pomogli u odbrani od patogena.
Dok su patogene gljive, kao što su sojevi Fusarium okisporum, neki od najrazornijih patogena na svetu sa širokim spektrom domaćina i trenutno prete da unište plantaže Cavendish banana i uljanih palmi. Fusarium je takođe dao ime grupi proteina koje je tim pronašao: Fusarium okisporum licopersici proteini sa dvostrukim domenom (FOLDs).
Istraživači su klasifikovali sve proteine koje luči simbiotska AM gljiva Rhizophagus irregularis i identifikovali veliku porodicu efektora sličnih FOLD-u (MicFOLDs) sa visokom strukturnom sličnošću sa FOLD proteinima koje proizvodi patogen Fusarium okisporum.
FOLD efektori se nalaze samo u genomima gljiva koje formiraju asocijacije sa živim biljkama. Ovo sugeriše da ovi proteini podržavaju univerzalne mehanizme koji omogućavaju i patogenima i simbiotskim gljivama da žive u biljkama.
Dr Schornack je rekao da je otkriće da biljne simbiotske i patogene gljive koriste neke od istih alata pružilo novu perspektivu u našem razumevanju gljivičnih simbionta: „Očigledno ekskluzivno prisustvo FOLD/MicFOLD-a u nepovezanim gljivama koje kolonizuju biljke podržava hipotezu da FOLD proteini deluju kao efektori tokom kolonizacije biljaka i simbiotskih i patogenih gljiva.“
„Ako simbiotičke i patogene gljive koriste iste alate, to znači da osmišljavanje načina za poboljšanje AM odnosa u usevima može učiniti useve podložnijim patogenima u isto vreme. Međutim, ovi nalazi sada otvaraju nova pitanja za nas da istražimo, kao što su zašto simbiotske gljive imaju ove proteine koje imaju i patogeni i šta zapravo rade?“
Razumevanje sličnosti i raznolikosti efektora koje koriste simbionti i patogeni je ključno za razumevanje osnova interakcije između biljaka i mikroba.
Odnos biljke i patogena je dobro proučavan sa mnogim već poznatim efektorskim proteinima. Međutim, manje se zna o interakcijama između biljaka i simbionta, poput onih između biljaka i AM gljiva.
Biljke koje formiraju korisne odnose sa simbiotičkim gljivama kontrolišu sve faze kolonizacije – mogu odbaciti ili proterati kolonizatore ako smatraju da gljivična kolonizacija nije neophodna, kao na primer u zemljištu sa obilnim zalihama hranljivih materija poput fosfata.
Međutim, AM gljive zavise od hranljivih materija proizvedenih u biljkama i stoga imaju sopstvenu strategiju preživljavanja, posebno u slučajevima kada biljka ne želi vezu.
Tokom procesa infekcije, patogene gljive potiskuju imunitet svog biljnog domaćina tako što luče koktel efektorskih proteina. Iako su simbiotske gljive korisne za biljke, i one moraju da komuniciraju sa biljkom ili da prevaziđu prepreke da bi uspešno kolonizovale biljne ćelije.
Identifikovan je samo mali broj efektorskih proteina koje luče simbiotske AM gljive. Schornack tim radi na otkrivanju drugih efektora koji igraju ulogu u odnosu biljka-simbiont.
