Презентація до розділу "Фітоімунологія" курсу "Імунологія", що його викладають на кафедрі мікології та фітоімунології біологічного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, Україна

1. ОСНОВНІ ГРУПИ ФІТОПАТОГЕНІВ
ТА ОСОБЛИВОСТІ ЇХ ВЗАЄМОДІЇ
З РОСЛИНАМИ (частина 2)
Акулов О.Ю.,
Заслужений працівник освіти
України, канд. біол. наук, доцент
кафедри мікології та фітоімунології
ХНУ ім. В.Н. Каразина

2. АЗОТФІКСУЮЧІ БАКТЕРІЇ (RHIZOBIUM SPP. ТА ІН.)
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
нітрогеназа
бульбашки

3. Thermotoga
Green,
nonsulfur
Deinococci
Spirochetes
Greensulfur Bacteroides
Chlamydiae
Gram positive
Cyano
bacteria
a
b
g
d
Proteobacteria
Rhizobium
Bradyrhizobium
Sinorhizobium
Agrobacterium
Azospirillum
Klebsiella
Azotobacter
Прокаріоти
Herbaspirillum
Desulfoivbrio

4. ЕВОЛЮЦІЯ АЗОТФІКСАЦІЇ

5. клітини,
заповнені
бактеріями,
>25000 на
клітину
ПОПЕРЕЧНЫЙ
ЗРІЗ БУЛЬБАШКИ
склеренхіма
провідні пучки
кортекс
бульбашки

6. Бактерії Rhizobium
Інфекційна нитка
Хімічні сигнали
привертають бактірій
1
1
Кореневий волосок,
що заселюється
бактеріями
Бактероїд
Формування бактероїдів
Поділ клітин
кортексу кореня
Поділ клітин
періциклу
Розвиток
бульбашки
Формування провідної
системи бульбашки
ЕТАПИ КОЛОНІЗАЦІЇ
РОСЛИНИ АЗОТФІКСАТОРАМИ:
1. Хімічне розпізнавання
партнерів
2. Викривлення кореневых
волосків
3. Формування
інфекційної нитки
4. Заселення клітин кореня
бактеріями
5. Формування бульбашки
6. Перетворення бактерій
на бактероїди
7. Початок азотфіксації

7. From Hirsch, 1992.
New Phyto. 122, 211-237
Rhizobium
Формування
бульбашки
Диференціація
бактероїду
Фіксація
нітрогену
Nod-фактори
(специфічність)
Проникнення через інфекційну ниткуФлавоноїди
(специфічність)
ЕТАПИ КОЛОНІЗАЦІЇ
РОСЛИНИ АЗОТФІКСАТОРАМИ:

8. NodD
pSym
nod-гени
активація NodD
запускає експресію
nod-генів
Sinorhizobium meliloti
Флавоноїди –
специфічні
індуктори nod-
генів бактерій
основна хромосома
плазміда
люцерна усічена
продукти nod-генів – Nod-фактори

9. Структура головного Nod-фактору Sinorhizobium meliloti

10. Nod-фактори –
ліпоолігосахариди
Биосинтез
Nod-факторів
Специфічність визначається
різноманіттям радикалів (R)
в Nod-факторах
NodM
NodC
NodB

11. кореневий
волосок
закручування
кореневих
волосків
ризобії
інфекційна
нитка
інфекційний
карман
провідний пучок кореня

12. Деформовані
кореневі волоскиЗакручений
кореневий
волосок
Судинний пучок
Ризобії
Кореневий волосок

14. www.cilr.uq.edu.au
корінь
бульбашка
ризобії
100 mm

15. Функціональні зони бульбашки
рожевий пігмент –
леггемоглобін
білкова частина синтезується рослиною – гемова бактеріями

17. штучні інокулянти для сої
Bradyrhizobium japonicum 2,0x109
+ ліпо-хітоолігосахарид 1х10-7%

18. АПАРАТИ СЕКРЕЦІЇ У БАКТЕРІЙ
I типу
(контакт
незалежний)
II типу
(контакт
незалежний)
III типу
(контакт
залежний)
IV типу
(контакт
залежний)
V типу
(контакт
незалежний)
одноетапна секреція
субстратів
з цитоплазми без
періплазматичних
посередників
секреція
субстратів
в два етапи:
спочатку в
періплазму,
потім назовні
секреція
білків та
токсинів
з клітини
бактерії
в клітину
жертви
секреція в два
етапи з
використанням
белків-авто-
транспортерів
секреція
нуклеопротеїдів
та складних білків
з клітини
бактерії
в клітину
жертви

19. секреція через систему Sec вимагає
присутності N-термінального сигнального пептиду
у білку, що секретується

20. бактеріальна плямистість корончасті гали м'яка гниль бактеріальне в'янення

21. АПАРАТ СЕКРЕЦІЇ III ТИПУ
інджектісома інджектісома
притаманний зоо- та фітопатогенним грам-негативним бактеріям

22. Corynebacterium diphtheriae
дифтерія
1888 р. – Ру (Roux) та Йерсен (Yersin)
вперше виділили дифтерійний токсин
(білкової природи)
довели, що саме цей токсин є головним фактором
вірулентності, оскільки він викликає ті ж самі
симптоми хвороби, що зараження бактерією
Симптоми бактеріозів, як правило,
є результатом дії
на організм жертви їх токсинів

23. Апарат секреції III типу
Pseudomonas syringae
(білки Hrp і Hrc),
є аналогічним до
апарату секреції
збудника бубонної чуми
Yersinia pestis (білки Ysc)
hrp-гени
(hypersensitive
reaction and
pathogenicity)
hrc – hrp-concerved

24. пілін
клітинна
стінка
рослини

25. Збудник хвороби – класичний
модельний об'єкт фітоімунології
Існують сорти з генами
специфічної стійкості до хвороби
Бура бактеріальна плямистість (Bacterial speck)
збудник Pseudomonas syringae pv. tomato (Okabe) Young, Dye, et Wilkie

26. 1970-ті рр. – виявлено ген специфічної стійкості pto у томата
1992 р. – було охарактеризовано продукт цього гену – Pto
(серін-треонінова протеїн кіназа),
яка функціонально асоційована з білком Prf (LRR-NBS)

28. АПАРАТ СЕКРЕЦІЇ IV ТИПУ
корончасті гали
збудник – бактерія Rhizobium (Agrobacterium) tumefaciens

29. Опіни – Agrobacterium-специфічні непротеіногенні амінокислоти
Корончастий гал на розі
Корончастий гал на винограді

30. Приклади опінів, синтез яких
кодується Т-ДНК A. tumefaciens
нопалін
октопін маннопін

31. ПАТОГЕНЕЗ AGROBACTERIUM
TUMEFACIENS (IV ТИП СЕКРЕЦІЇ)

33. РОЗПІЗНАВАННЯ ФІТОПАТОГЕННИХ БАКТЕРІЙ РОСЛИНАМИ

34. рецептори
розпізнавання
флагеліну
РОЗПІЗНАВАННЯ ФІТОПАТОГЕННИХ БАКТЕРІЙ РОСЛИНАМИ
розпізнавання Avr-білківрозпізнавання
структурних компонентів
pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)
effector-triggered susceptibility (ETS)

35. pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)
effector-triggered susceptibility (ETS)

37. ГРИБИ ТА ГРИБНІ ХВОРОБИ
(МІКОЗИ) РОСЛИН

38. ШЛЯХИ ПРОНИКНЕННЯ ГРИБІВ В РОСЛИНИ
через рани
хімічний тип
(токсини+ферменти)
через інтактну поверхнючерез природні отвори
або стики рослин
механічний тип
(тиск гіф)хімічне
розпізнавання
механічне
розпізнавання
«Дайте мені точку опори, і я переверну Землю», Архімед, 3 ст. до н.е.

39. росткові трубки змінюють направленість
росту при контакті з гребнями
росткові трубки ростуть у
довільному напрямку

40. Росткові трубки та гіфи Blumeria graminis ростуть уздовж жолобків,
утворених антиклінальними стінками епідермальних клітин листків

41. Ефективність проникнення через «стики» клітин

42. ЕТАПИ РОЗВИТКУ ФІТОПАТОГЕННИХ ГРИБІВ В РОСЛИНІ
проникнення колонізація розмноження
Етапи проникнення:
1. проростанння спор
2. прикріплення
3. інфікування

43. ПРОРОСТАННЯ СПОР:
1. в краплях води (крапельний тип)
2. за рахунок конденсації води на їх поверхні
(сухоспоровий тип)
ROS токсини

44. Для виходу спор зі стану спокою зазвичай
потрібні речовини-атрактанти рослини-хазяїна
Сигнальні шляхи, опосередковані
протеїнкіназою А, приймають участь
у гідролізі трегалози та проростанні
спор у грибів
наприклад, флавоноїд
гліцеоллін
виводить ооспори
збудника пероноспорозу
сої із спокою

45. СТРУКТУРИ ПРИКРІПЛЕННЯ:
1. адгезійна подушка
2. гіфоподії (лише прикріплення)
3. апрессорії (прикріплення та проникнення)
рецептори адгезії
- адгезіни

46. поверхня клітини рослини
зазвичай гідрофобна
гідрофобіни
ПРИКРІПЛЕННЯ:
1. літичні ферменти (кутінази, естерази…)
2. слиз, білки-гідрофобіни

47. амебоїд
циста
адгезійна
подушка
Етапи розвитку кіли капусти
збудник Plasmodiophora brassicae
білковий шип – модифікація жалкої органели

48. ХІМІЧНИЙ ТИП ІНФІКУВАННЯ РОСЛИН
Клітинна стінка – «депо» ферментів та захисних молекул
Уламки клітинної стінки рослини – індуктори захисних реакцій
- з використанням токсинів
- з використанням літичних ферментів

49. НЕСПЕЦИФІЧНЕ РОЗПІЗНАВАННЯ ПАТОГЕНІВ
ПАТОГЕН
розщеплення (зокрема
пектинів)
вивільнення SA з глікозиду
уламки клітінної стінки
(зокрема пектинів)
вільна саліцилова к-та (SA)
розпізнання
рецепторами рослини
ЗАХИСНА РЕАКЦІЯ
літичні ферменти
(пектинази та ін.)
органічні
кислоти
КЛІТИННА СТІНКА РОСЛИНИ
генерація неспецифічних
токсинів, ROS..

50. РОСЛИНАКЛІТИННА СТІНКА ГРИБА
( хітин, β-1,3 та 1,6-глюкани…)
хітинази, глюканази
(конституїтивна активність)
олігомери хітину
та інших глюканів
НЕСПЕЦИФІЧНЕ РОЗПІЗНАВАННЯ ПАТОГЕНІВ

51. фітотоксин церкоспорин гриб захищається від синглетного кисню за допомогою вітаміну В6
Церкоспорозна прикоренева
гниль злаків
(збудник Oculimacula yallundae
= Cercosporella herpotrichoides)
Неспецифічні токсини фітопатогенних грибів

52. 1. Специфічно впливають на рослину-хазяїна, але не ушкоджують інші рослини
2. Відповідальні за прояв основних симптомів хвороби
3. За їх відсутності патогени неспроможні викликати типове захворювання
4. Мутації, що призводять до зниження синтезу токсинів, призводять до суттєвого
зниження або навіть втрати патогенності
Специфічні токсини бактерій часто є сполуками білкової природи,
а грибні є низькомолекулярними речовинами, що здатні безперешкодно
проникати через клітинну стінку рослини
Т-токсин гриба Cochliobolus heterostrophus
Токсичний по відношенню до рослин кукурудзи, мітохондрії якої містять
ген цитоплазматичної чоловічої стерильності cms
Під впливом токсину відбувається деполярізація мембран мітохондрій
Cпецифічні токсини фітопатогенних грибів

53. патотип 1 – nec+ chl+
патотип 2 – nec+ chl-
патотип 3 – nec- chl+
патотип 4 – nec- chl-
Піренофороз пшениці
(жовто-бура плямистість – tan spot)
збудник – Pyrenophora tritici-repentis

54. Видоспецифічні токсини Ptr трех типов: А, В, С
саме специфічні токсини – причина високої шкодочинності
по відношенню до пшениці
Ptr Tox A (пептид)
Ptr Tox B (пептид)
Ptr Tox C (низькомолекулярний)
Руйнується за температури вище 70 град. С

55. На пшениці описано 8 рас, що різняться комбінацією цих токсинів
США, Канада – раси 1, 2, 3, 4, 5
Північна Африка – раси 1, 2, 5, 6
Кавказ (Азербайджан) – раси 1, 2, 5, 6, 7, 8
Сирія, Туреччина – раси 1, 2, 3, 5, 7, 8 Чехія (2010 р.) – раси 1, 2, 3, 4, 6, 8

56. Вікторин гриба Cochliobolus victoriae
НС-токсин гриба Cochliobolus carbonum
AAL-токсин гриба Alternaria alternata f. sp. lycoperscici
Cпецифічні токсини фітопатогенних грибів

57. СТРУКТУРИ ПРОНИКНЕННЯ ТА ЖИВЛЕННЯ БІОТРОФНИХ ГРИБІВ

58. СТРУКТУРИ ПРОНИКНЕННЯ ТА ЖИВЛЕННЯ БІОТРОФНИХ ГРИБІВ

59. Гриб Magnaporthe grisea, 3M гліцерол, тиск 8 міліпаскалей
МЕХЕНІЧНИЙ ТИП ІНФІКУВАННЯ РОСЛИН

60. РОЛЬ МЕЛАНІНУ У ГРИБІВ:
- захист гіф від ферментативного лізису
- укріплення клітинних стінок
- утримання гліцеролу (нагнітання тиску)
- захист від ультрафіолету
Трициклазол – інгібітор
биосинтезу меланіну

61. СХЕМА БУДОВИ ГАУСТОРІЇ

62. Схематичне зображення фрагменту
гаусторія/клітина рослини
більший
осмотичний
тиск
менший
осмотичний
тиск

63. РЕАКЦІЯ НАДЧУТЛИВОСТІ
(запрограмована загибель клітин, апоптоз)
швидке вбивство рослиною власних клітин
разом з патогеном, що намагається їх інфікувати
Реакція надчутливості:
- дезінтеграція мембран;
- генерація активних форм кисню;
- ліквідація запасів поживних р-н (денатурація білків,
автофагія…);
- вивільнення фітоантиципінів з вакуолей, синтез
фітоалексинів;
- швидка втрата води клітиною;
- потовщення клітинної стінки в суміжних клітинах;
- активація системної набутої стійкості SAR
борошниста роса злаків:
ураження листа (зверху)
та відторгнення патогену (знизу)
ця реакція є дуже ефективною для
захисту від біотрофних паразитів