р.

7.1. ЭЛИСИТЕРЫ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ

Становится совершенно очевидным, что существуют молекулы-посредники, которые должны включать начальный путь метаболических реакций защитных процессов, которые незамедлительно начинают действовать, как только хозяин «встречается» с патогеном. Такие молекулы или группы молекул получили название элиситеров. В качестве последних могут выступать фитогормоны и другие соединения как биотической, так и абиотической природы. Деятельность гормонов тесно взаимосвязана между собой, так, например, ауксин может стимулировать образование другого гормона — этилена и т. д. Для гормонов животных уже давно показана свойственная им иерархия последовательности включения определенных реакций метаболизма.

Среди соединений гормонального* действия были открыты вещества различного строения и разных свойств. Элберсгейм и Дарвилл [1985] установили, что фрагменты клеточной стенки — олигосахариды, высвобождаясь из нее под действием специфических ферментов, являются более целенаправленными медиаторами, чем фитогормоны. Необычная сложность компонентов клеточной стенки растений навела авторов на мысль, что они могут выполнять не только структурные функции. Клеточная стенка ведет себя, как «железа», служащая хранилищем определенного класса регуляторных молекул, которые выделяясь из нее, способны контролировать целый ряд функций растения. Первичные стенки клеток растений на 90% состоят из полисахаридов, а остальные 10% приходятся на долю белков. Больше всего в клеточной стенке содержится D-глюкозы, которая вообще представляет собой самый распространенный в природе сахар. Матрикс первичной клеточной стенки, как правило, включает не менее восьми различных полисахаридов, шесть из которых были идентифицированы.

Анализируя полисахариды гриба, авторам удалось выделить фрагмент, способный стимулировать синтез антибиотиков (фитоалексинов) в растении. Он представляет собой гепта-Р-глюкозид, т. е. олигосахарид, состоящий из семи мономеров — молекул глюкозы, связанных между собой Р-гликозидными мостиками. Авторами показано, что реакция растения на патоген строго специфична: оно «узнает» олигосахарид совершенно определенной структуры. Присутствие одной миллиардной грамма активной формы гептаглюкозида достаточно для индукции синтеза молекул

1 Зак. 1188

97

РНК на матрице ДНК генов, кодирующих соответствующие ферменты, необходимые для начала продуцирования антибиотика. Вновь синтезированный антибиотик останавливает рост гриба, в состав клеточной стенки которого входит указанный гептаглюкозид.

Выяснено также, что при повреждении растительных клеток они сами могут начать продуцировать фермент, который высвобождает из стенок соседних клеток олигосахариды, а они, в свою очередь, стимулируют в тканях растений синтез антибиотиков. Причем для этого вовсе не обязательно присутствие какого-либо специального фермента микроорганизма. Выяснено, что фермент, высвобождающий активный гептаглюкозид из стенки грибковой клетки, принадлежал растению-хозяину. Но так бывает не всегда. В других случаях такой фермент секретировался самим болезнетворным агентом — грибом или бактерией, а затем выщеп-лял из клеточной стенки растения олигосахарид — олигогалактуронид, который оказывал действие на соседние клетки.

Кроме того, если растительная клетка повреждена, она способна секретировать фермент, высвобождающий олигосахарид из стенок других клеток и запускать механизм репарации или устойчивости. Данные, приведенные авторами, очень наглядно раскрывают особенности взаимодействия хозяина и патогена на молекулярном уровне. Следовательно, стенки клеток растений представляют собой хранилища множества специфических соединений, в том числе олигосахаридов, активно участвующих в индукции биохимических реакций. Эти вещества — один из уровней в иерархии гормональной системы — не только отвечают за активацию защитных механизмов, но и влияют на многие процессы онтогенеза.

Применяя современные методы, многие исследователи проводят выделение и испытание различных элиситеров [Osman, Могеап, 1985; Hof-fori, Ohta, 1985; Modderman et al., 1985; Kus, Ruih, 1985]. Л. В. Метлицкий и О. Л. Озерецковская [1985] пишут, что роль элиситеров могут выполнять как компоненты клеточных стенок, так и экстрацеллюлярные ферменты, способствующие резкой интенсивности процессов биосинтеза фитоалекси-нов и некротизации клеток, т. е. реакции сверхчувствительности. Они отмечают, что быстрое отмирание клеток необходимо растению не только для задержки распространения патогена, но и для передачи здоровым клеткам «сигнала» об активации синтеза защитных соединений. Изучение, выделение и использование биотических элиситеров весьма перспективное направление защиты растений, так как эти метаболиты эффективны и безопасны для окружающей среды, являясь индукторами защитных реакций только на ранней стадии патогенеза.

Интересные исследования были проведены при изучении условий синтеза индукторов в дисках клубней картофеля, обрабатываемых экстрактами из культуральных фильтратов различных грибов [Keenan et al., 1985]. В качестве элиситеров были зафиксированы соединения с молекулярной массой, не превышающей 10 кДа, содержащие в своем составе белок и карбогидраты. Опыты, проведенные авторами, свидетельствуют, что белковая половина индуктора не является определяющей, так как более важна для проявления элиситерной активности карбогидратная часть молекулы. Культуральный фильтрат из расы 4

98

Phytophthora infestans содержал высокомолекулярный элиситер, который вызывал покоричневение дисков клубней картофеля и индуцировал накопление фитоалексинов в них, которое тесно связано с полной остановкой распространения грибного заболевания [Daly, Knoche, 1976].

При вирусном поражении также происходит синтез фитоалексинов, но пока не ясно, принимают ли они участие в локализации вирусов, а если да, то каков механизм этого процесса [Bujarski, 1980]. Модерман с соавт. [Modderman et al., 1985] провели изучение карбогидратных фракций клеточных стенок растений табака сорта Ксанти нк, выясняя их элиситерную активность в реакциях защиты против вируса табачной мозаики. Ими установлено, что карбогидратные соединения клеток здоровых растений обладают активностью, необходимой для включения реакции сверхчувствительности. Их действие проявляется в быстрой локализации вируса и уменьшении диаметра некрозов на 40—57%.

Роль элиситеров могут выполнять и белковые фрагменты вирусных частиц, которые обнаруживаются в составе метаболитов растений-хозяев. Как пишет Гаррисон, если расщепление молекул вирусных РНК и посттрансляционное расщепление кодируемых вирусом полипептидов осуществляются ферментами, полностью или частично кодируемыми хозяином, то это представляет собой еще один способ, посредством которого растение может регулировать репродукцию вируса и, следовательно, защищать себя [Harrison, 1982]. Исходя из этого, можно предполагать, что медиаторами некротического процесса у сверхчувствительных хозяев могут являться первые фрагменты вирусных частиц. Больше того, растение-хозяин и само начинает синтезировать фрагменты, которые могут выполнять роль элиситеров на случай повторного заражения хозяина.

Ю. Л. Дорохов [1985] считает причиной устойчивости растений к вирусу «блок транспорта» геномной РНК- В факультативно устойчивом хозяине при заражении ВТМ или ХВК индуцируется абортивная инфекция, характеризующаяся синтезом и транспортом коротких РНК при одновременном «блоке синтеза и транспорта» геномной РНК и зрелого вируса. Автор считает, что существует тесная взаимосвязь между транспортом инфекции и устойчивостью растений к вирусам. «Белковый фрагмент», описанный автором, также вполне может быть и элиситером синтеза соединений типа фитоалексинов в растениях, пораженных вирусной инфекцией.

Изложенное выше свидетельствует о том, что природа элиситера может быть различной. Так, для фитофтороза сои им являются р-1,3-1,6-глюкан с молекулярной массой 100 кДа и гликопротеин с массой 150 кДа. Выяснено, что биотические элиситеры вызывают образование фитоалексинов в концентрации 10~9—10_|3М, а абиотические — только в концентрации 10 3М. Причем биотические стимулируют образование только фитоалексинов, т. е. их действие целенаправлено, а абиотические элиситеры могут стимулировать синтез и других соединений, совершенно не связанных с защитной функцией [Метлицкий, Озерецков-ская, 1985]. Абиотический элиситер, нанесенный на поверхность растительной ткани, вызывает гибель поверхностных клеток, с которыми он непосредственно соприкасается, в то же время фитоалексины образуются в более глубоко расположенных слоях клеток, куда такой элиситер вряд

4*

99

ли проникает. Между поверхностным элиситером и фитоалексинами может существовать еще один индуктор синтеза фитоалексинов. Об эстафете индуцирования последовательных защитных реакций достаточно полно изложено у Л. В. Метлицкого и О. Л. Озерецковской [1985].

Необходимость участия фрагментов клеточных стенок в индукции сверхчувствительности к вирусному заболеванию подтверждается тем, что размножение ВТМ в протопластах, выделенных из листьев некротических сортов растений табака, не приводит к образованию некрозов [Журавлев, 1979]. Следовательно, с удалением наружных клеточных оболочек нарушается способность образования каких-то соединений и возможность индуцировать защитные реакции.

Открытым остается вопрос о возможном участии в защитном механизме рецепторных мест клеточной мембраны у сверчувствительных растений, инфицированных вирусами, как об этом писал еще в 1972 г. Лоебенштейн [Loebenstein, 1972]. Очевидно, элиситер-индикатор синтезируется на поверхностной мембране, а вирус может привносить определенную «информацию» о контакте, индуцируя цепь ответных реакций растения-хозяина. Первоначальное нарушение барьерной функции плазматической мембраны и приведет к последующему сдвигу равновесия внутри пораженной клетки за счет изменения ионного состава среды, уровня активности многих ферментных систем, и в первую очередь окислительно-восстановительных, принимающих