Ученые трех научных центров – лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов (МГММ) ФИЦ КазНЦ РАН, Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгарта РАН и Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН – исследовали, как организация генома паразитического гриба Fusarium oxysporum (Fox) связана со специфичностью к растению-хозяину. Впервые установлено, что более широкий круг растений-хозяев одного из изучаемых штаммов не может быть объяснен известными на сегодняшний день набором эффекторных белков.
[https://doi.org/10.3390/jof11020140
Ernest Nailevich Komissarov, Roderic Gilles Claret Diabankana, Inna Abdeeva, Daniel Mawuena Afordoanyi, Sergey Vladimirovich Gudkov, Ekaterina Mikhailovna Dvorianinova, Sergey Alexandrovich Bruskin, Alexey Alexandrovich Dmitriev and Shamil Zavdatovich Validov. Genomic Differences Between Two Fusarium oxysporum Formae Speciales Causing Root Rot in Cucumber // J. Fungi 2025, 11, 140].
Из миллиона описанных видов только 8000 являются фитопатогенными, однако эти микроорганизмы значительно и ощутимо снижают продуктивность современного мирового растениеводства. Fusarium oxysporum (Fox) является одним из распространенных фитопатогенных видов грибов, вызывающих заболевания растений в открытом грунте и теплицах. Особенностью этого микромицета является узкая специализация на растении-хозяине, а именно штаммы, патогенные к одному виду растений, за редким исключением не поражают неродственные виды растений. Огромное количество описанных форм F. oxysporum, поражающих сельскохозяйственные и декоративные культуры (гниение корней и сосудистое увядание), указывает на быструю эволюцию этих штаммов к паразитированию на новых видах растений.
Авторским коллективом трех ведущих научных центров изучены геномные различия между двумя формами Fox, чтобы понять, как они влияют на их специализацию к растению-хозяину. В работе сравнивали два штамма: Fusarium oxysporum f.sp. radicis-cucumerinum (Forc) V03-2g и Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici (Forl) ZUM2407. Первый выделен из инфицированных растений огурца, второй – из инфицированных растений томата.
Специфичность Fox к хозяину связана с эффекторными белками, известными как секретируемые в ксилеме (SIX). Эти гены связаны с неавтономным мобильным элементом миниатюрной импалы (mimp), обычно распределенным на дополнительных хромосомах. Паттерн mimp, связанный с эффекторными генами, использовался для прогнозирования профилей кандидатов-эффекторов, характерных для Fox formae speciales.
Оценка развития заболевания на двух сортах огурца, вызванная штаммами Forc V03-2g и Forl ZUM2407: красные стрелки – симптомы выпревания (А) и корневых гнилей (В)
В этом исследовании продемонстрирована патогенность штаммов Fusarium oxysporum f.sp. radicis—lycopersici (Forl) ZUM2407 и Fusarium oxysporum f.sp. radicis—cucumerinum (Forc) V03-2g в общем растении-хозяине (огурце) и проведено сравнение их геномов. В геноме Forl ZUM2407 отсутствуют шесть генов и их гомологов, в отличие от Forc V03-2g.
Диаграмма собранных геномов фитопатогенных штаммов Forl ZUM2407 (оранжевый) and Forc V03-2g (зеленый): (А) хромосомы (черные края обозначают наличие теломерных участков); (В) распределение генов на хромосмах; (С) распределение повторяющихся последовательностей; (D) распределение потенциальных эффекторных генов; (Е) серые линии представляют выравнивание гомологичных хромосом между двумя штаммами
Ученые показали, общее количество элементов mimp в геноме Forl ZUM2407 будет в три раза меньше, чем у Forc V03-2g (10 и 36 копий соответственно). Паттерн распределения mimp в Forl ZUM2407 полностью отличаеся от того, который присутствует в Forc V03-2g. Анализ профиля потенциального эффектора не предсказал, что Forl ZUM2407 способен инфицировать растения огурцов, как Forc V03-2g. Поэтому предполагается, что Forl ZUM2407 имеет другой тип организации генома, связанный с патогенностью, чем эффекторный профиль не может быть описан с использованием подхода на основе mimp.
Сотрудники лаборатории МГММ ФИЦ КазНЦ РАН убеждены, что эта теоретическая работа имеет значительный практический интерес, поскольку гены эффекторных белков, необходимых для патогенеза, являются идеальными маркерами для идентификации фитопатогенных штаммов на фоне большого количества почвенных безвредных штаммов рода Fusarium. Штаммы грибов-паразитов, которые очевидно содержат гены неизвестных ранее белков-эффекторов, могут быть благодарным объектом для получения новых маркеров фитопатогенности у грибов рода Fusarium.