СИГНАЛЫ ПАТОГЕНЫ И ЭЛИСИТОРЫ

ПАТОГЕНЫ И ЭЛИСИТОРЫ
Болезни растений вызывают тысячи видов микроорганизмов, 
которые можно разделить на три группы [Jackson, Taylor, 1996]: 
вирусы (более 40 семейств) и вироиды; бактерии (Agrobacterium, 
Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas, Xanthomonas, Streptomyces) 
и 
микоплазмоподобные 
микроорганизмы; 
грибы 
(низшие: 
Plasmodiophoromycetes, 
Chitridomycetes, 
Oomycetes: 
высшие: 
Ascomycetes, Basidi-omycetes, Deuteromycetes).
К патогенам относят также более 20 родов нематод, чаще всего 
поражающих корни, в меньшей степени — ткани листьев. 
Фитопатогенные нематоды являются облигатны-ми паразитами, 
питающимися содержимым цитоплазмы живых клеток растений и в 
связи с этим вызывающими обширные некрозы тканей растений 
[Williamson, Hussey, 
1996]. Структурами, обеспечивающими питание 
нематод, являются секреторные гланды и стилет, приспособленный для 
проникновения через клеточную стенку. Секреторная жидкость гланд, 
содержащая гидролитические ферменты, освобождается через стилет в 
периплазматическое пространство клетки. Целостность плазмалеммы 
на начальных этапах процесса питания нематоды не нарушается. Она из-
влекает питательные вещества из цитозоля через небольшие поры 
плазмалеммы, образующиеся в месте ее контакта с отверстием стилета. 
Среди продуктов секреции гланд нематод обнаружены белки, 
углеводы, ферменты целлюла-зы и протеиназы. Образующиеся в 
результате контакта растения и нематоды элиситоры вызывают в 
значительной степени неспецифичную ответную защитную реакцию 
клеток хозяина, которая возникает вследствие "включения" 
сигнальных систем атакуемых клеток [Williamson, Hussey, 1996]. Так, 
нематоды индуцировали в клетках растений син-
тез защитных ферментов: фенилаланин-аммиак-лиазы 
[Brueske, 
1980] и анионной пероксидазы [Zacheo et al.,
1993].
Одним из важных компонентов экологических систем 
являются растительноядные насекомые (взрослые и личиночные 
формы), которые относятся в основном к подклассу высших, или 
крылатых (Pterygota) [Шванвич, 1949]. Бескрылые формы, 
относящиеся к этому подклассу, появились в результате утраты 
этих органов в процессе эволюции крылатых форм. Подкласс 
насчитывает 20 отрядов насекомых, среди которых имеются 
полифаги, не обладающие специфичностью по отношению к 
растению, олигофаги и монофаги, у которых ярко выражена 
специфичность взаимодействия патогена и растения-хозяина. 
Одни насекомые питаются листьями (всей листовой пластинкой 
или скелети-руя лист), другие - стеблями (в том числе выгрызая 
стебель изнутри), завязями цветов, плодами, корнями. Тли и цикады 
высасывают сок из проводящих сосудов с помощью хоботка или 
стилета.
Несмотря на принимаемые меры борьбы с насекомыми, 
продолжает оставаться злободневной проблема уменьшения 
причиняемого ими вреда. В настоящее время свыше 12% урожая 
сельскохозяйственных растений на планете теряется в 
результате атаки на них патогенных микроорганизмов, 
нематод и насекомых [Rommens, Kishore, 2000].
Повреждение клеток приводит к деградации их содержимого, 
например высокополимерных соединений, и появлению 
олигомерных 
сигнальных 
молекул. 
Эти 
"обломки 
кораблекрушения" [Тарчевский, 1993] достигают соседних клеток 
и вызывают в них защитную реакцию, включающую изменение 
экспрессии генов и образования кодируемых ими защитных 
белков. 
Часто 
механическое 
повреждение 
растений 
сопровождается их инфицированием, так как открывается раневая 
поверхность, через которую в растение проникают патогены. 
Кроме того, в ротовых органах насекомых могут обитать 
фитопатогенные микроорганизмы. Известно, например, что 
переносчиками микоплазмен-ной инфекции являются цикады, у 
которых взрослые формы и личинки питаются соком ситовидных 
сосудов растений, прокалывая хоботком-стилетом покровы 
листьев и

Рис. 2. Схема взаимодействия клетки патогена с растением-хозяином 
/ - 
кутиназа; 2 - продукты деградации компонентов кутикулы (возможно, 
обладающие сигнальными свойствами); 3 - (3-глюканаза и другие гликозилазы, 
экскретируемые патогеном; 4 - элиситоры - фрагменты клеточной стенки (КС) 
хозяина; 5 - хитиназы и другие гликозилазы, действующие разрушающе на КС 
патогена; 6 - элиситоры - фрагменты КС патогена; 7 - фитоалексины - ингибиторы 
протеиназ, кутиназ, гликози-лаз и других ферментов патогена; 8 - токсические 
вещества патогена; 9 - укрепление КС хозяина за счет активации пероксидаз и усиления 
синтеза лигнина, отложения оксипролиновых белков и лектинов; 10 - индукторы 
сверхчувствительности и некроза соседних клеток; // - продукты деградации кутина, 
действующие на клетку патогена 
молодых стеблей. Розанная цикадка, в отличие от других 
представителей цикадовых, высасывает содержимое клеток. Цикады 
производят меньшее повреждение тканей растений, чем листогрызущие 
насекомые, тем не менее растения могут на него реагировать так же, 
как на сопряженное с ним инфицирование растений.
При контакте с растениями клетки патогенов выделяют различные 
соединения, обеспечивающие их проникновение в растение, питание и 
развитие (рис. 2). Некоторые из этих соединений являются токсинами, 
которые патогенные микроорганизмы выделяют для ослабления 
сопротивляемости хозяина. В настоящее время описано более 20 хозяин-
специфичных токсинов, продуцируемых патогенными грибами.
Рис. 3. Фитотоксичное соединение из Cochlio-bolus 
carbonum [Walton, 1996]
Бактерии и грибы образуют также неселективные токсины, в 
частности фузикокцин, эрихосетен, коронатин, фазе-олотоксин, 
сирингомицин, табтоксин [Walton, 1996].
Один из хозяин-специфичных токсинов, выделяемых 
Pyrenophora triticirepentis, - 
это белок 13,2 кДа, другие являются 
продуктами вторичного метаболизма, имеющими самую 
разнообразную структуру - это поликетиды, терпено-иды, 
сахариды, циклические пептиды и т.д.
Как правило, к последним относятся пептиды, синтез которых 
происходит вне рибосом и которые содержат остатки D-
аминокислот. Например, хозяин-специфичный токсин из 
Cochliobolus 
carbonum 
имеет тетрапептидную циклическую 
структуру (D-npo-L-ana-D-ana-L-A3JJ), где последняя аббревиатура 
означает 2-амино-9,10-эпокси-8-оксо-де-каноевую кислоту [Walton, 
1996; 2000] (рис. 3). Токсин образуется в клетках патогена с 
помощью токсинсинтазы. Устойчивость к этому соединению у 
кукурузы зависит от гена, кодирующего НАДФН-зависимую 
карбонил-редуктазу, восстанавливающую карбонильную группу, 
что приводит к

деактивации токсина. Оказалось, что в организме растения-хозяина 
токсин вызывает ингибирование гистон-деацетилаз и, как следствие, 
сверхацетилирование гистонов. Это подавляет защитный ответ 
растения, вызываемый инфицированием патогенами [Walton, 2000].
Другой тип соединений, выделяемых патогенами, получил название 
элиситоров (от англ. elicit - выявлять, вызывать). Собирательный 
термин "элиситор" был предложен впервые в 1972 г. [Keen et al., 1972] 
для обозначения химических сигналов, возникающих в местах 
инфицирования растений патогенными микроорганизмами, и получил 
широкое распространение.
Элиситоры играют роль первичных сигналов и приводят в действие 
сложнейшую сеть процессов индукции и регуляции фитоиммунитета. 
Это проявляется в синтезе защитных белков, нелетучих растительных 
антибиотиков - фитоалек-синов, в выделении антипатогенных летучих 
соединений и др. В настоящее время охарактеризована структура 
множества природных элиситоров. Некоторые из них продуцируются 
микроорганизмами, другие (вторичные элиситоры) образуются при 
ферментативном расщеплении высокополимерных соединений 
кутикулы и полисахаридов клеточных стенок растений и 
микроорганизмов, 
третьи 
представляют 
собой 
стрессовые 
фитогормоны, синтез которых в растениях индуцируется патогенами и 
абиогенными стрессорами. К числу важнейших элиситоров относятся 
белковые соединения, экскретируемые патогенными бактериями и 
грибами, а также белки оболочки вирусов [Toedt et al., 1999]. Наиболее 
изученными белковыми элиситорами можно считать небольшие (10 
кДа), консервативные, гидрофильные, обогащенные цистеином 
элиситины, секретируе-мые всеми исследовавшимися видами 
Phytophthora 
и Pythium [Kamoun et al., 1993; Pernollet et al., 1993; 
Pallaghy et al., 1994; Huet et al., 1995; Lloyd, 1995; Panabieres et al., 1995; 
Kamoun et al., 1998; Zhang et al., 
1998]. К ним относится, например, 
криптогеин [Keller et al.,1999; Lebrun-Garcia et al., 1999; Foissner et al., 
2000].
Элиситины вызывают сверхчувствительность и отмирание 
инфицированных клеток, особенно у растений рода Nicotiana [Kamoun 
et al., 
1997]. Наиболее интенсивное образование фитофторой элиситинов 
происходит при росте ми-
целия гриба и на последних стадиях инфекции, когда наблюдаются 
обильная споруляция гриба и некрозы в листьях. Интересно, что у 
паразитирующего на томатах гриба Cladosporium fulvum 
пептидный элиситор не образовывался в оптимальных условиях in 
vitro, 
но интенсивно синтезировался внутри листа растения [Van 
den Ackerveken et al., 1994].
Обнаружено, что элиситины способны переносить сте-ролы 
через мембраны, так как имеют стеролсвязывающий сайт [Mikes et 
al., 
1998]. Многие патогенные грибы сами не могут синтезировать 
стеролы, что делает понятной роль элиситинов не только в питании 
микроорганизмов, но и в индуцировании защитной реакции растений. 
Из фитофторы был выделен гликопротеидный элиситор 42 кДа [Jabs 
et al., 1997; Hirt, Scheel, 
2000]. Его активность и связывание с 
белковым рецептором плазмалеммы, мономерная форма которого 
представляет собой белок 100 кДа [Nennstiel et al., 1998], 
обеспечивалась олигопептидным фрагментом из 13 аминокислотных 
остатков. Расоспецифичный элиситорный пептид, состоящий из 28 
остатков аминокислот с тремя дисуль-фидными группами, удалось 
получить из фитопатогенного гриба Cladosporium fulvum [De Wit, 
1997; Van den Hooven et al., 
1999], причем образовывался пептид из 
предшественника, содержавшего 63 аминокислоты. Этот фактор 
авиру-лентности обнаруживал структурную гомологию с рядом 
небольших пептидов, таких как ингибиторы карбоксипеп-тидазы и 
блокаторы ионных каналов [Pallaghy et al., 1994], и связывался 
рецепторным белком плазмалеммы, по-видимому, вызывая его 
модуляцию, димеризацию и передачу сигнального импульса в 
сигнальные системы [De Wit, 1997]. Из более крупного пре-протеина 
Cladosporium fulvum, 
состоящего из 135 аминокислот, в ходе 
посттрансляционного процессинга образуется элиситорный белок, 
насчитывающий 
106 
аминокислот. 
Элиситорные 
белки, 
продуцируемые ржавчинным грибом Uromyces vignae, представляют 
собой два небольших полипептида 5,6 и 5,8 кДа, по свойствам не-
похожие на другие элиситины [De Silva, Heath, 1997]. Среди 
бактериальных белковых элиситоров наиболее изучены харпины 
[Hahn, 1996; Desikan et al., 1998; Pontier et al., 1998; Xie, Chen, 2000]. 
Многие фитопатогенные бактерии продуцируют элиситорные 
олигопептиды (созданы их синтетиче-

ские аналоги), соответствующие наиболее консервативным участкам 
белка - флагеллина [Felix et al., 1999; Gomez-Gomez et al., 1999], 
являющегося важным фактором вирулентности этих бактерий. Из 
Erwinia amylovora 
выделен новый элиситорный белок, С-область 
которого гомологична ферменту пектатлиазе, способной вызывать 
появление эли-ситорных олигомерных фрагментов - продуктов 
деградации пектина [Gaudriault et al., 1998]. Патогенная бактерия 
Erwinia carotovora 
экскретирует элиситорный белок харпин и ферменты 
пектатлиазу, 
целлюлазу, 
полигалактуроназу 
и 
протеазы, 
гидролизующие полимерные компоненты клеточных стенок растения-
хозяина (см. рис. 2), в результате чего образуются олигомерные 
элиситорные молекулы [Y. Liu et al., 1998]. Интересно, что 
пектатлиаза, выделяемая Erwinia chrysanthemi [Shevchik et al., 1998], 
приобретала активность в результате внеклеточного процессинга.
Некоторые липиды и их производные также относятся к 
элиситорам, в частности 20-углеродные полиненасыщенные жирные 
кислоты некоторых патогенов - арахидоно-вая и эйкозапентаеновая 
[Ильинская и др., 1991; Озерец-ковская и др., 1993; Озерецковская, 
1994; Гилязетдинов и др., 1995; Ильинская и др., 1996а, б; Ильинская, 
Озерец-ковская, 1998], и их оксигенированные производные. В об-
зорной работе [Ильинская и др., 1991] обобщаются данные об 
элиситорном действии на растения липидов (липопро-теинов), 
продуцируемых патогенными грибами. Оказалось, что элиситорным 
эффектом обладает не белковая часть липопротеинов, а их липидная 

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: