• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Jak mączniak zbożowy pokonuje system obronny roślin

    28.07.2011. 16:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Jednym z największych problemów, z jakim zmagają się rośliny jest mączniak zbożowy, choroba wywoływana przez różne gatunki grzybów, którą nietrudno zauważyć. Naukowcy z Niemiec zbadali oddziaływanie mączniaka zbożowego na jęczmień. Mączniak nie tylko przedostaje się do środka ziarna, ale również czerpie składniki pokarmowe z komórek rośliny. Opublikowane w czasopiśmie The Plant Cell odkrycia ujawniają, jak grzyb dokonuje tego wyczynu na poziomie molekularnym i jak jęczmień potrafi powstrzymać rozwój szkodnika.

    Naukowcy twierdzą, że rośliny polegają na swoim układzie immunologicznym, który ma je chronić przed chorobami. Zdolność do wczesnego wykrywania patogenów oraz aktywowania układu immunologicznego, zwłaszcza w ścianie komórki, ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia przetrwania rośliny. Aczkolwiek patogeny nie są pozbawione własnego arsenału. Wiele z nich potrafi doprowadzić do supresji naturalnej reakcji ściany komórkowej rośliny.

    "Jeden szczególnie pomysłowy napastnik - mączniak zbożowy - może nawet przeprogramować komórki w taki sposób, że dostosowują one swoją strukturę i metabolizm, aby dostosować się do grzyba" - mówi profesor Ralph Hückelhoven z Katedry Fitopatologii Technischen Universität München (TUM) w Niemczech. "W ten sposób roślina aktywnie wspiera wewnętrzny rozwój szkodliwego mączniaka, a nawet dostarcza mu substancji odżywczych."

    Pozostaje jednak pytanie, jak mączniak zbożowy kontroluję tę manipulację oraz które komponenty rośliny są zaangażowane w ten proces. Tym właśnie zajmuje się zespół z TUM.

    Profesor Hückelhoven wraz z kolegami zidentyfikował dwa białka jęczmienia, które wykorzystuje mączniak w czasie "wrogiego przejęcia" komórek żywej rośliny. Zdaniem naukowców proces rozwoju komórek rośliny kontrolowany jest przez dwie substancje białkowe. W przypadku jęczmienia, białka kontrolują rozwój włośników. Jedno z białek - RACB, jest molekularnym przełącznikiem, który reaguje na sygnały z zewnątrz, aby stymulować strukturalną i metaboliczną reakcję w komórkach rośliny. Należy zauważyć, że ma to wpływ na powiększanie się powierzchni komórki rośliny w czasie procesu wzrostu. Białko MAGAP1 jest odpowiednikiem RACB i może albo ograniczyć tego typu aktywność w komórce, albo jej zapobiec.

    W toku prac naukowcy ustalili, jak białko RACB wspiera grzyba w rozwoju wewnątrz rośliny. Jednym z zadań białka jest poszerzenie powierzchni błon komórkowych roślin, co z kolei zaostrza problem, umożliwiając grzybowi przeprowadzenie ataku. Skutek jest taki, że choć komórka rośliny pozostaje nietknięta, mączniak i tak realizuje swój plan zniszczenia. Profesor Hückelhoven wraz z zespołem wykazał, jak nieobecność białka pomaga zmniejszyć podatność rośliny na mączniaka zbożowego.

    "W ten właśnie sposób mączniak zbożowy wykorzystuje białko jęczmienia" - wyjaśnia profesor Hückelhoven. "Białko RACB ułatwia mączniakowi zbożowemu zapuszczenie haustorii, czy inaczej organów pobierających substancje odżywcze, do wnętrza zaatakowanej komórki jęczmienia, aby następnie przejąć kontrolę nad nią."

    Naukowcy przypuszczają, że grzyb jest w stanie zdalnie kontrolować łańcuch sygnałów i otworzyć wrota do substancji odżywczych rośliny.

    Aczkolwiek jęczmień nie musi polec bez walki. Naukowcy z TUM odkryli, że białko MAGAP1 potrafi położyć kres zdalnym atakom. Występujące głównie w cytoszkielecie komórki roślinnej białko MAGAP1 stanowi część silnej sieci włókien białkowych, które wzmacniają ścianę komórki roślinnej, udaremniając w ten sposób ataki z zewnątrz. Białko MAGAP1 migruje na powierzchnię błony komórkowej w czasie ataku i wyłącza czynnik podatności RACB. A zatem powierzchnia komórki nie rozszerza się, skutecznie blokując przedostanie się grzyba do komórki.

    Wypowiadając się na temat wpływu odkryć na dalsze prace, profesor Hückelhoven stwierdził: "Dzięki lepszemu poznaniu przyczyn choroby mamy nadzieję, w perspektywie średnioterminowej, znaleźć innowacyjne podejścia do utrzymywania zdrowia upraw i ziaren poprzez zwiększenie ich odporności."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Wiropeksja to sposób wirusów wnikania do komórki. Polega on na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki. W przypadku wirusa, kiedy przyłącza się on do komórki, ta "wyczuwając" znane jej białko wpuszcza agresora do cytoplazmy, dzięki czemu wirus może zaaplikować się w jej wnętrzu. Wirus ma białko takie samo jak komórka tylko na "wystających nitkach". To dzięki nim może wniknąć do środka komórki. Gdy owe "niteczki" zostaną na powierzchni komórki, w jej środku rozpoznawalne zaczyna być obce białko, które komórka niszczy. W ten sposób wirus "wpuszcza" do jądra komórkowego swój materiał genetyczny, który może się ulotnić z niszczonego przez komórkę kapsydu. Mączniak rzekomy maku – choroba wywoływana przez patogen Peronospora arborescens. Jest to patogen ścisły, ciało jego składa się ze strzępek, które za pomocą ssawek wnikają do tkanki miękiszowej liścia (przez co można go również nazwać patogenem aparatu asymilacyjnego). Objawy widoczne są na zainfekowanym liściu w postaci: jasnych plam na zewnętrznej stronie, oraz białego nalotu (oznaka etiologiczna) na spodniej stronie blaszki liściowej. Biały nalot to nic innego jak grzybnia mączniaka. Liść ulega deformacji. Objawy można zauważyć również na pędach kwiatostanowych: mocno wykręcone, kwiaty nie zakwitają. Nie zawiązują się główki. Patogen zimuje w postaci bardzo odpornych, grubościennych zarodników (oospor) w tkankach rośliny. Kalus, kallus, merystem przyranny – tkanka roślinna powstająca w miejscu zranienia rośliny najczęściej z okolicznych komórek tkanki miękiszowej. Jest to amorficzna masa komórek mająca zwykle postać białego nalotu. Komórki tworzone przez te merystemy powodują stopniowe zabliźnianie się i zarastanie ran. Komórki kallusa są zwykle większe od komórek tkanki macierzystej.

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja). Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Wzrost i rozwój roślin – proces wzrostu i rozwoju zachodzące jednocześnie lub oddzielnie w organizmie rośliny. Przez wzrost w fizjologii rozwoju rozumie się proces nieodwracalnego powiększania ciała rośliny. Wzrost zachodzi w określonych strefach rośliny w wyniku podziałów komórek i zwiększania ich objętości. Rozwój rozumiany szeroko obejmuje zarówno wzrost, jak i różnicowanie, tworzenie wzorca i morfogenezę. W sensie wąskim rozwój obejmuje różnicowanie, a morfogeneza jest efektem wzrostu i różnicowania. Mikrotubula (microtubuli cellulares) – włóknista rurkowata sztywna struktura o średnicy 20 – 27 nm, powstająca w wyniku polimeryzacji białka tubuliny. Mikrotubule wraz z innymi strukturami pełnią funkcję cytoszkieletu nadając komórce kształt, a nawet przyczyniając się do jego zmiany. Biorą udział w transporcie wewnątrzkomórkowym stanowiąc szlak, po którym przemieszczają się białka motoryczne, biorą udział w czasie podziału komórki tworząc wrzeciono kariokinetyczne, które rozdziela chromosomy do komórek potomnych. Mikrotubule mogą również tworzyć stałe struktury, takie jak rzęski lub wici, umożliwiające ruch komórki.

    Rośliny pojkilohydryczne – rośliny cechujące się zmiennym uwodnieniem organizmów, które zależy i niewiele różni się od nawodnienia otoczenia. Typową cechą komórek tych roślin jest brak centralnie położonej wakuoli. Pomimo zmian zawartości wody nie dochodzi do uszkodzenia ultrastruktury komórki i po okresie suchy organizmy pojkilohydryczne powtórnie wykazują pełną aktywność metaboliczną. Strategię adaptacyjną polegającą na dopuszczeniu wysuszenia organizmu stosują mszaki oraz porosty. Zdolności do przetrwania organizmu po wysuszeniu wykazują także niektóre rośliny nagonasienne i okrytonasienne. Jednak strategia ta jest typowa dla wszystkich ziaren pyłku i nasion. Komórki albuminowe (komórki białkowe) – w łyku nagozalążkowych, odpowiedniki komórek przyrurkowych, nie mają wspólnego pochodzenia z komórkami sitowymi, wspomagają dostarczając substancji odżywczych.

    Dodano: 28.07.2011. 16:26  


    Najnowsze