Ученые ищут лекарство от губительной ведьминой метлы шоколадного дерева
В начале XX века Бразилия была крупнейшим в мире производителем какао. Шоколадные деревья (Theobroma cacao) выращивали на площади 800 000 га в штате Баия под плотным пологом местных тенистых деревьев. В то время как окружающий тропический лес был очагом биоразнообразия, сами шоколадные деревья, происходившие в основном от горстки семян, завезённых в середине 1700-х годов, имели крайне низкий уровень генетического разнообразия. По словам бразильского учёного Гонсалу Перейры, «это создавало очень романтичную, но чрезвычайно хрупкую ситуацию». Генетическое разнообразие важно для выживания популяции, так как делает её более устойчивой к патогенам.
В 1989 году случилась катастрофа: появился губительный гриб Moniliophthora perniciosa. За десять лет он уничтожил около 70% шоколадных деревьев Бразилии, что привело к экономической и социальной катастрофе, затронувшей два миллиона человек.
На одной из стадий жизненного цикла Moniliophthora perniciosa принимает форму очаровательных розовых грибов. Для шоколадного дерева этот гриб — беда. Эти грибы наполнены миллионами спор, которые, попав на дерево, проникают через повреждения поверхности или крошечные щели (устьица) и медленно убивают его. Поскольку заражённые деревья образуют причудливые зелёные наросты, похожие на метлы, болезнь получила название «ведьмина метла». Через 2–3 месяца после заражения «метлы» буреют и отмирают. Гриб завершает цикл, снова образуя скопления спороносных грибов. Лекарства от этой болезни не существует.
В 2000 году команда учёных под руководством Гонсалу Перейры из Университета Кампинаса в Бразилии запустила «Геномный проект ведьминой метлы» с долгосрочной целью найти лекарство. Исследование, которое будет опубликовано на следующей неделе в The Plant Cell, представляет собой итог их работы на сегодняшний день.
Команда использовала метод dual RNA-seq анализа для мониторинга взаимодействия между грибом M. perniciosa и шоколадным деревом. Этот метод позволяет в беспрецедентных деталях восстановить картину «поля боя» между растением и грибом, показывая, какие гены активируются у обоих организмов в ходе болезни.
«Знание молекулярных и физиологических основ болезни — важный шаг к разработке эффективных стратегий контроля», — говорит соавтор исследования Паулу Тейшейра.
Используя здоровые растения в качестве точки отсчёта, учёные идентифицировали 1967 генов шоколадного дерева, которые проявляли уникальную активность в зелёных «метлах» заражённых деревьев. Анализ показал, что грибковая инфекция вызывает масштабные изменения в метаболизме растения. Кроме того, было обнаружено 8617 активных грибных генов в зелёных «метлах».
С помощью Witches' Broom Disease Transcriptome Atlas — общедоступного онлайн-инструмента, разработанного командой Перейры для изучения болезни, — учёные выделили 433 грибных гена, особенно активных в зелёных «метлах». Многие из этих генов кодируют белки, предположительно участвующие в механизме патогенности гриба.
«Открытие наборов грибных генов, с наибольшей вероятностью вовлечённых в патогенность, прокладывает путь для разработки целевых методов лечения болезни», — объясняет соавтор Даниэла Томазелла.
Действительно, авторы уже используют результаты этого исследования для разработки нового фунгицида, специфически нацеленного на M. perniciosa. Помимо углубления знаний о губительной тропической болезни, руководитель исследования Гонсалу Перейра утверждает, что эта работа закладывает важную основу для будущих исследований, направленных на повышение устойчивости сельского хозяйства и глобальной продовольственной безопасности.