Патогенные грибы предпочли сотрудничество конкурентной борьбе

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 in vitro, 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