Как растения защищаются от болезней

Метлицкий Лев Владимирович

Альберсхейм с соавторами предлагает новый термин «олигосахарины» для углеводов, обладающих биологической активностью. В свете таких представлений к олигосахаринам относятся биогенные элиситеры, например структурные полисахариды клеточных стенок паразитарных грибов, которые способны распознаваться растениями и индуцировать у них защитные реакции. К этой же группе биологически активных углеводов принадлежат и эндогенные иммунологические посыльные пектиновой природы, высвобождаемые в ответ на стресс из состава клеточных стенок растений. Кстати, обнаружено, что такого рода посыльные не только вызывают образование фитоалексинов в соседних растительных клетках, но и индуцируют у них образование ингибиторов протеаз, инактивирующих ферменты патогенных

микроорганизмов и насекомых, о чем уже шла речь в начале книги.

Возможно, что продукты деградации клеточных стенок действуют как гормоны, которые связываются со специфическими белками на плазмалемме, активизируя тем самым аденилатциклазу, синтезирующую циклическую АМФ. А в животной клетке циклическая АМФ является универсальным посредником при передаче гормонального сигнала.

Таким образом, полимеры клеточных стенок являются как бы хранителями регуляторных молекул, которые Альберсхейм по аналогии с животными считает возможным причислить к числу вторичных гормонов. Возможно, что вторичные растительные гормоны высвобождаются либо из стенок, либо других органелл растительных клеток не только в условиях стресса, но и под действием первичных гормонов, таких, как ауксины, гиббереллины, цитокинины и этилен. Таким образом, благодаря открытию Альберсхейма выступили из мрака контуры еще одного этапа в той цепи последовательных явлений, которые возникают при взаимодействии паразита с несовместимым для него хозяином.

Итак, клетка несовместимого хозяина, распознавшая элиситер проникающего паразита, гибнет в результате реакции СВЧ. Из ее клеточных стенок высвобождается олигосахарин, несущий весть об опасности в глубь ткани, заставляющий ее мобилизоваться для борьбы с врагом (одним словом, иммунологический буревестник). Налицо своеобразная эстафета индуцирования (рис. 10). Гибнущая клетка передает своим здоровым собратьям сигнал «SOS».

Значит, налицо, по крайней мере, два индуктора, один из которых является причиной СВЧ-гибели клетки, а другой — образования фитоалексинов. Действия этих индукторов разъединены во времени и в пространстве. Возможно, существует и третий индуктор, вызывающий образование раневой перидермы, отграничивающей область инфекции (см. рис. 10).

Рис. 10. Иммунологические курьеры

В свете этих фактов несколько по-новому может быть интерпретировано одно из наиболее загадочных и до сих пор ускользающее от понимания исследователей явление СВЧ. Оказывается, жертва частью клеток во имя сохранения целого не так уж неоправданна и несовершенна. Именно умирающая клетка посылает в пространство сигнал об опасности. А это означает, что чем быстрее отомрет клетка, тем раньше узнают ее здоровые собратья о грозящей им опасности. А мы помним, что чем быстрее происходит СВЧ-гибель клетки, тем устойчивее сорт растения.

Некротизированная клетка — это отмершая клетка. Но под влиянием токсинов клетки хозяина тоже погибают. Образуется ли в них иммунологический посыльный, сигнализирующий о необходимости образования фитоалексинов, пока неизвестно. Возможно, что и нет.

Извещенные об опасности клетки срочно мобилизуют свои резервы, перестраивая обмен, синтезируют фитоалексины, которые направляются навстречу врагу, находящемуся в некротизированных клетках, где и накапливаются до концентраций, вызывающих гибель паразита. Почему они накапливаются именно в некротизированных клетках, нетрудно объяснить. Ведь для здоровых растительных клеток фитоалексины являются ядом (ксенобиотиками эндогенного происхождения), поэтому они подлежат немедленному уничтожению (метаболизму) с помощью уже упомянутой системы монооксигеназ. В некротизированных клетках

эта система вряд ли в состоянии функционировать.

Получается, что некротизированные клетки, даже мертвые, продолжают верно служить своему растению, выполняя функции вместилищ яда. Иного выхода пет, поскольку то количество яда, которое нужно накопить, чтобы погубить паразита, пи одна живая клетка не в состоянии выдержать. Ведь яд настолько неизбирателен, что убивает подряд все живое, в том числе и собственные клетки, которые его производят.

Совершенно иное дело — иммунная система человека и животных, которая может позволить себе выбрасывать в кровяное русло антитела, нисколько при этом не опасаясь за жизнь клеток собственного тела. Антитела настолько специфичны, что будут уничтожать только свою мишень — антигены паразита, и не затронут собственных клеток.

Выходит, у растений нет и не может быть другого способа погубить паразита с помощью токсических фитоалексинов, кроме как накопить их в отмерших клетках. Возможно, что сигнал «SOS» можно было бы послать и минуя гибель собственных клеток, по концентрировать нужное для гибели паразита количество фитоалексинов можно только в отмерших клетках.

По-видимому, отмершая клетка не только посылает приказ живым клеткам синтезировать фитоалексины, но и каким-то образом руководит их направленным транспортом, являясь притягательным центром для их перемещения. Так ли это, покажет будущее.

ЗАГАДКА СПЕЦИФИЧНОСТИ

Нет ничего специфичнее иммунологического узнавания. Биологам это хорошо известно. Как же в таком случае микроорганизм может паразитировать, если на его поверхности находятся элиситеры, распознаваемые растением-хозяином? Значит, для того чтобы существовать, паразит должен суметь обмануть распознающие системы растения-хозяина. К таким «уловкам» паразит, действительно, прибегает, и их по меньшей мере может быть несколько. Попробуем рассказать о некоторых из них.

Первая возможность. Поскольку элиситеры, находящиеся на поверхности взаимодействия паразита и хозяина, позволяют последнему распознавать и отторгать паразита, то патогену проще всего было бы совсем убрать элиситеры из своего состава. Однако мы уже говорили, что те вещества паразита, которые растения превратили в своих провокаторов, выполняют у патогена определенные функции. Поэтому от провокаторов, хотя и нужно, но сложно избавиться, поскольку паразиту без них не обойтись. К тому же, если патоген ликвидирует один провокатор, то растение может приобретать способность распознавать другой, а затем и третий и т. д. Поэтому маловероятно, чтобы подобный путь «утери» элиситеров был генеральным способом избежать распознавания. Хотя кое-какие экспериментальные данные свидетельствуют в его пользу.

Это прежде всего явление большей выживаемости менее вирулентных рас по сравнению с более вирулентными, получившее название «стабилизирующий отбор». Такой отбор обеспечивает устойчивость данного вида или популяции к изменениям. Предположим, в популяции паразита появляется раса с генами вирулентности, позволяющими ей преодолеть комплементарные гены устойчивости хозяина. Это ставит ее в положение вне конкуренции с другими расами, поскольку только она способна поражать устойчивую форму растения, которую другие расы поражать не в состоянии. Но это же делает вирулентную расу менее жизнеспособной и конкурентоспособной в сапрофитной фазе или на восприимчивых сортах растений. На этой фазе простые расы, не имеющие генов вирулентности или имеющие их в меньшем количестве, будут вытеснять высоковирулентную расу. Излишняя вирулентность понижает способность к выживанию. Значит, раса приобретает новые гены вирулентности за счет неких потерь, которые сделали ее менее жизнеспособной. Поистине, любые блага приобретаются ценой потерь. Возможно, что потерей в данном случае и была утеря метаболита, выполняющего роль провокатора, хотя, так ли это в действительности, пока еще сказать трудно.