Глава 7. Факторы, определяющие специфичность взаимосвязи хозяин - паразит

Паразитические грибы и бактерии обладают общими характерными признаками, которые позволяют определить их поведение скорее как паразитическое, чем сапрофитное, и обладают специфическими признаками, которые обусловливают их вирулентность для отдельных таксономических групп растений-хозяев. К общим свойствам паразитов относятся способность определенным образом проникать в растение, синтезировать ферменты для разрушения барьеров, создаваемых кутикулами и клеточными стенками, получать питательные вещества из клеток растения-хозяина через гаустории и выносить присутствие антимикробных соединений или даже метаболизировать их. Степень специализации иногда может зависеть от того, насколько успешно паразит осуществляет эти процессы, однако из изложенного в главах 1, 2 и 3 должно быть понятно, что исход заболевания обычно зависит от соответствия специфической информации, определяемой комплементарными генами у хозяина и паразита и проявляющейся после проникновения последнего в клетки растения-хозяина. Основной вопрос этой главы касается средств, с помощью которых отдельные гены хозяина и паразита проявляют себя. В какой форме информация у обоих сравниваемых партнеров базируется на ДНК?

Вполне логично, что проявление специфичности опосредовано нуклеиновыми кислотами, пептидами и белками, хотя липопротеины, полисахариды, гликопротеины и гликолипиды также могут действовать как посредники.

Важным свойством этих молекул является то, что они состоят из многих субъединиц, собранных в определенной последовательности, и, таким образом, пригодны для опознания соответствующих молекул партнера при взаимодействии хозяина и паразита. Необходимо показать, что молекулы этого типа проявляют особую активность на ранних стадиях заражения.

Специфичность взаимосвязи реализуется через реакцию узнавания, связанную с другими реакциями хозяина, от которых зависит, проникнет или будет отторгнут внедряющийся паразит. Например, реакция узнавания может определять, будет ли клетка хозяина проявлять сверхчувствительность к паразиту. Реакция отторжения может проявляться в гибели клетки хозяина и голодании паразита, если он биотроф, либо она может быть основана на синтезе фитоалексина или образовании антибиотического соединения из предшественника. Или же специфичность может быть опосредована реакцией, при помощи которой хозяин узнает и в зависимости от этого принимает или отвергает паразита.

При рассмотрении этих альтернативных предположений необходимо помнить, что большинство специфических генетических взаимодействий характерно при инфекции низкого типа, как показано на таблицах 2 и 3 (гл. 1). Простейшая гипотеза предполагает, что первичные продукты генов авирулентности и устойчивости взаимодействуют, вызывая несовместимость. Так, наиболее вероятным выглядит взаимодействие, в результате которого растение узнает и отторгает паразита. Исключение составляют такие комбинации хозяина и паразита, когда авирулентность и восприимчивость являются доминантными признаками.

Современные данные по физиологии хозяина и паразита не дают возможности точно определить местонахождение или природу факторов узнавания. Несколько лет назад по этому вопросу не могло быть написано почти ничего определенного. По мере совершенствования методов и представлений был проведен ряд независимых экспериментов с различными системами хозяин-паразит, каждый из которых касался рассматриваемой проблемы, однако полученные результаты не дают возможности выдвинуть единую концепцию относительно природы узнавания. Эти эксперименты и их результаты будут рассмотрены под следующими заголовками: 1. Токсины, специфичные для хозяина. 2. Общие антигены. 3. Факторы перекрестной защиты, содержащие информацию. 4. РНК как продукт узнавания авирулентного возбудителя ржавчины. 5. Стимулирование или подавление образования фитоалексинов.

Токсины, специфичные для хозяина

Рассмотрение последовательности событий, происходящих в процессе взаимодействия хозяина и паразита, а также проявлений сверхчувствительности приводит к мысли о том, что авирулентный паразит выделяет или содержит токсин, который разрушает мембраны и цитоплазму устойчивых клеток в отличие от восприимчивых. Узнавание может быть опосредовано токсинами, действие которых проявляется непосредственно при контакте гаустории с протопластом хозяина или раньше. Пока нет убедительных данных, что хотя бы один из таких токсинов обнаружен; правда, необходимо отметить, что до сих пор было осуществлено небольшое число соответствующих исследований. Необходимо провести эксперименты по обнаружению этих токсинов в экссудатах ростковых трубок или в экстрактах стенок авирулентных паразитов и выявить их присутствие с помощью биопроб, которые выбраны с таким расчетом, чтобы выявить ранние этапы воздействия паразита на клетки хозяина. Для биопроб можно использовать срезы тканей, культуру диспергированных клеток и голые протопласты устойчивых и восприимчивых растений.

Существует достаточное количество данных, которые свидетельствуют о том, что некоторые паразиты продуцируют специфичные для хозяина токсины, свойства которых абсолютно противоположны тем, которые предполагались выше. Например, из культуральных фильтратов ряда грибов, в частности Нelminthosporium spp. и Periconia circinata, были выделены токсины, которые специфически разрушают и убивают восприимчивые клетки хозяина. Необходимо вкратце коснуться истории их открытия и упомянуть об удивительных свойствах этих токсинов как факторов узнавания и, очевидно, детерминантов вирулентности.

Первый специфичный для хозяина токсин был открыт в результате появления новой болезни овса; он влиял только на сорта, устойчивые к корончатой ржавчине, вызываемой Puccinia coronata [173]. Устойчивые сорта содержат ген сорта овса Виктория, который придает сверхчувствительность к ржавчине. Когда в полевых условиях эти сорта начали гибнуть под воздействием нового изолята Нelminthosporium, болезнь была названа гнилью Виктория, а ее возбудитель - H. victoriae. Гриб инфицирует основание стебля, однако симптомы заболевания появляются на побегах, что предполагает действие токсина. Культуральный фильтрат гриба был токсичен для сортов овса, содержащих ген сорта Виктория [174]. Токсин был выделен Принглом и Брауном [197], которые показали, что в биопробах он ингибирует рост корней у проростков восприимчивых сортов овса в концентрации 0,0002 мкг/мл [213], но не влияет на корни проростков устойчивых сортов даже в концентрации, превышающей предыдущую в 400000 раз [141].

Неубедительное доказательство того, что высокоактивный, специфический для хозяина токсин необходимо рассматривать как первичный детерминант вирулентности, было представлено Шеффером и Йодером [214] в обзоре работ Шеффера и его коллег, посвященных этому вопросу. Наиболее убедительный аргумент основан на наличии корреляции между вирулентностью и присутствием токсина. Все изоляты паразитов, продуцирующие в культуре токсин, были вирулентными, и наблюдалась строгая корреляция между вирулентностью и образованием токсина как в коллекции диких типов и мутантов, так и среди потомства, полученного при скрещивании вирулентных и авирулентных мутантов. Поразительно, что не было исключений, так как вполне вероятно, что токсинообразующие мутанты могли бы расти в культуре и все-таки не обладать другим важным свойством, необходимым для паразитизма наряду со способностью продуцировать токсин, как обсуждалось в первом параграфе этой главы. Еще одним доказательством служит появление вирулентности у авирулентных спор при внесении токсина в места инокуляции, и этот результат был получен при использовании спор всех без исключения мутантов, что также просто поразительно. Обнаружение токсина в спорах и их проростковых экссудатах указывает на то, что он присутствует на соответствующей стадии паразитизма, оказывая первичное влияние. Очень быстрое высвобождение электролитов из восприимчивых тканей растений под действием токсина и разрыв протопластов подтверждает предположение о том, что токсин является первичным фактором, обусловливающим внедрение паразита в клетки Хозяина. К сожалению, пока не удалось охарактеризовать токсин химически, так как он очень нестабилен разрушается в процессе экстракции и очистки [196].

Поиск других специфичных для хозяина токсинов оказался настолько успешным, что Шеффер и Йодер [214] смогли сослаться на восемь примеров. Четыре из этих токсинов выделяются Нelminthosporium spp., который вызывает заболевания злаковых. Пятый токсин был получен из Periconia circinata, патогена растений этого же семейства. Все они проявляли заметную специфичность, хотя ни один из них не обладал такой активностью, как токсин, выделяемый Н. vicriae.

При исследовании одного из открытых Стейнером и Битером [237] токсинов, образуемого Нelminthosporium sacchari, патогеном сахарного тростника, удалось быстро обнаружить наличие специфического рецептора у восприимчивых сортов сахарного тростника Saccharum officinarum. С помощью радиоактивного токсина изучали способность различных экстрактов из листьев восприимчивых и устойчивых сортов сахарного тростника связывать токсин в равновесном диализаторе [245]. Способность связывать токсин была обнаружена в препарате мембран только восприимчивых листьев. Обрабатывая эти мембраны детергентом, выделили белок, который также обладал этой способностью. Аналогичный препарат белка из листьев устойчивых сортов был неактивен [246]. Данные, подтверждающие гипотезу о том, что белок, выделенный из листьев восприимчивых сортов, является рецептором токсина, были получены в двух экспериментах. В обоих в нижней части листа делали срезы и через них инфильтрировали в течение 24 ч различные растворы, после чего наносили токсин на центральную часть листа [247]. В первом эксперименте в противоположные половинки листа вводили либо антисыворотку, либо контрольную сыворотку. На половине листа, в которую вводили антисыворотку, чтобы защитить рецептор от токсина, никаких симптомов не появилось. Во втором эксперименте ткань листа промывали тем же детергентом, который использовали при выделении рецепторного белка из экстрагированных мембран. Такая обработка препятствовала появлению симптомов на листьях; кроме того, жидкость, извлеченная из верхней части листа, содержала рецепторный белок. Таким образом, было достаточно убедительно доказано, что обнаруженный и выделенный белок действительно является рецептором специфичного для хозяина токсина. Рецепторный белок несколько отличался по своим свойствам от белка, аналогично выделенного из листьев растений устойчивых сортов [245, 246]. Из результатов опытов со специфичными для хозяина токсинами можно сделать вывод, что восприимчивость растения зависит от присутствия специфического рецептора, а устойчивость определяется его отсутствием. Устойчивость, следовательно, следует рассматривать в этих случаях как пассивный признак, но остаются нерешенными некоторые важные вопросы о роли токсинов Нelminthosporium victoriae и Н. sacchari. Йодер [280] обсуждал основания для предположения о том, что на ранних стадиях инфекции, вызываемой H. victoriae, рецепция токсина восприимчивым хозяином обусловливает создание живыми клетками условий, благоприятных для развития гриба, тогда как в устойчивых клетках остаются неблагоприятные условия, и гриб не может распространяться дальше клеточных стенок, через которые он проник. Однако не было установлено, какие именно свойства этой среды благоприятны или неблагоприятны для роста гриба. Стимулируется ли рост гриба в одной среде и ингибируется ли в другой? Что происходит под действием токсина; индуцируется восприимчивость или подавляется устойчивость? Вопросы, возникающие в связи с токсином, выделяемым Н. sacchari, имеют еще более важное значение, что в первую очередь касается их роли в проникновении гриба в восприимчивые ткани. Является ли токсин ключом для развития инфекции или это только причина появления на побегах вторичных симптомов болезни (оранжево-красных повреждений, которые образуются выше места инфекции или инъекции токсина)?

Зная, что вирулентность и восприимчивость наследуются как доминантные признаки партнеров в системе Нelminthosporium victoriae - овес, можно выдвинуть гипотезу о том, что токсин является фактором узнавания, образуемым геном вирулентности, а предполагаемый рецептор хозяина - продуктом гена восприимчивости. Пожалуй, трудно было бы подобрать более удачную комбинацию хозяина и паразита для выдвижения и обоснования гипотезы о реализации специфичности.

Вернемся теперь к вопросу о типе токсина, затронутому в начале этого раздела; единственные имеющиеся в литературе данные о веществах, которые влияют на устойчивые клетки, в отличие от восприимчивых относятся к высокомолекулярным продуктам, выделяемым Cladosporium fulvum. Этот гриб имеет ряд физиологических рас, приуроченных к определенным сортам томата.

Из культуральных фильтратов различных рас гриба были выделены и частично очищены соединения с высоким молекулярным весом. Эти соединения инфильтровали в диски, вырезанные из листьев томата, предварительно обработанных меченым фосфатом, и измеряли скорость выделения изотопа из инфильтрированных дисков. Соединения, полученные из авирулентных рас, способствовали быстрому выделению изотопа из дисков устойчивых листьев. Продукты вирулентных рас не оказывали влияния на выделение изотопа из дисков восприимчивых листьев. Результаты этих экспериментов позволяют предположить, что гриб образует токсины, специфичные для устойчивых клеток растения-хозяина [61], но необходимо отметить, что доказательство участия этих токсинов гораздо менее существенно по сравнению с доказательством, касающимся активности токсинов, специфичных для восприимчивых клеток хозяина. Пока не появится достаточно много экспериментальных данных, эти сведения можно считать скорее интересными, чем убедительными, но именно такие доказательства следует искать. Особенно необходимы экспериментальные работы по анализу выделений ростковых трубок или их компонентов у многих грибов, которые вызывают сверхчувствительность у устойчивых сортов.

В предварительных исследованиях Colletotrichum lindemuthianum [224] и Phytophthora infestans [133, 212, 262] было показано, что токсины культуральных фильтратов и мицелиальных экстрактов различных сортов боба и картофеля соответственно не обладают специфичностью. Ясно, что совершенно необходимы более четкие методы экстракции и исследования продуктов, токсичных для специфичных сортов, чтобы доказать их наличие у большинства грибов и подтвердить предположения, высказанные в связи с исследованиями Cladosporium fulvum.

Общие антигены

Представление о том, что паразиты и их хозяева имеют общие антигены, возникло в результате исследования паразитов как животных, так и растений. Например, Дайнин [62] выявил некоторое антигенное родство между овцой и ее паразитическим червем Haemonchus contortus. Такой тип родства может развиваться у паразита для защиты от иммунологической системы животного, которая узнает и уничтожает чужеродные организмы. Удивительно, что эта концепция появилась и в фитопатологии, потому что аналогичный иммунологический процесс у растений неизвестен. Более того, понятие о совместимости хозяина и паразита, имеющих сходный тип молекул, противоречит простейшей гипотезе, основанной на хорошо известных генетических взаимодействиях и гласящей, что наиболее специфическое взаимодействие направлено на несовместимость.

В фитопатологии исследования по участию общих антигенов были начаты Даубли, Флором и Клеггетом [63], после того как Флор [73] выдвинул концепцию взаимоотношений ген-на-ген между различными сортами льна и физиологическими расами возбудителя ржавчины льна Melampsora lini. Практически изогенные линии, устойчивые к нескольким расам возбудителя ржавчины льна, были получены путем повторного возвратного скрещивания устойчивых и восприимчивых сортов. Из каждой изогенной линии и расы ржавчинного гриба были получены глобулиновые антигены и антисыворотки для каждой группы антигенов. Тесты на преципитацию проводились между всеми комбинациями антигенов и антисывороток. Полученные результаты можно интерпретировать следующим образом: некоторые общие антигены были обнаружены между восприимчивыми сортами и расами, вирулентными для этих сортов.

Возможность наличия общих антигенов была исследована и в других комбинациях хозяина и паразита. Только в одном исследовании у хозяина и паразита (люцерны и Corynebacterium insidiosum) не было выявлено общих антигенов [36]. Одним из интересных результатов было открытие того, что Xanthomonas malvacearum имеет больше общих антигенов со своим хозяином - хлопчатником, чем с другими видами Xanthomonas spp. [215]. Серологическое сродство обычно рассматривается как индикатор таксономической близости; таким образом, это сообщение дает возможность предположить что во взаимодействии хозяина и паразита функциональную роль играют общие антигены. Также впечатляющим представляется открытие, что возбудитель головни кукурузы Ustilago maydis имеет общие антигены не только со своим хозяином - кукурузой, но и с молодыми проростками овса, которые также подвержены заражению этим паразитом [273]. Более отдаленное антигенное родство было обнаружено у старых тканей овса, которые не поражаются этим возбудителем.

Исследование Ustilago maydis и кукурузы [273] единственное в своем роде, так как здесь рассматривалась как локализация, так и природа общих антигенов. Путь синтеза антигенов был прослежен до рибосомального этапа, поэтому был сделан вывод, что они являются белками, а не РНК. Если общие антигены в рибосомах имеют функциональное значение для специфичности и вирулентности, тогда можно предположить, что рибосомы хозяина и паразита взаимодействуют уже на ранних этапах. Такое расположение, видимо, отвергает простые представления об общих антигенах, функционирующих как факторы узнавания на поверхности контакта хозяина и паразита.

Таким образом, во всех комбинациях, исследованных до настоящего времени, за исключением одной, была установлена корреляция между серологическими свойствами хозяина и паразита. Существование корреляции не доказывает того, что антигены играют важную роль в паразитизме и совместимости; возможно, что общие антигены являются либо артефактами, возникающими в процессе эксперимента, либо следствием паразитизма и не играют какой-либо регуляторной роли. Когда исследуются бактериальные паразиты, всегда имеется вероятность того, что растения, которые рассматриваются как здоровые, содержат малочисленную популяцию вирулентных бактерий. Подобным же образом, грибные споры и определенные сорта растения-хозяина, по-видимому, имеют общие загрязняющие бактерии, которые могут быть приняты за общие антигены. Хотя такие артефакты и могут появляться во время экспериментов, маловероятно, чтобы они могли давать общие антигены, выявленные в экспериментах с различными сортами льна и расами ржавчинного гриба. С другой стороны, возможно, что с помощью чувствительного серологического метода удалось выявить ядерный или цитоплазматический компонент растения-хозяина, приобретенный паразитом вследствие паразитизма.

Насколько существенна роль общих антигенов в совместимости хозяина и паразита, установлено не было. Как предполагали де Вей, Чарудаттан и Вималайева [57], общие антигены можно рассматривать как факторы совместимости, играющие важную роль до установления связи между живыми клетками растения и паразитом. Исходя из результатов исследований представляется целесообразным продолжать работу по оценке значения и роли антигенов. Одним из подходов может быть генетический, при котором паразит путем селекции в культуре приобретает вирулентность, после чего его исследуют на наличие связи между конкретным антигеном и вирулентностью. Биохимический подход будет связан с выделением общих антигенов с помощью методов фракционирования белков и серологических методов с последующим определением влияния антигенов на ткани, клетки или протопласты устойчивых и восприимчивых растений.

Специфические факторы перекрестной защиты

Два предыдущих раздела были посвящены выявлению факторов, имеющихся у хозяина и паразита до контакта. В этом разделе внимание будет сосредоточено на продуктах, которые возникают на ранних этапах взаимодействия хозяина и паразита и могут участвовать в передаче информации соседним клеткам. Эти продукты могут быть ответственны за индукцию процессов, связанных с проявлением устойчивости растения-хозяина.

Специфические факторы, влияющие на перекрестную защиту, были выявлены в экспериментах, проведенных Берардом, Кучем и Вильямсом [17] с использованием инфекционных капель, содержащих споры Colletotrichum lindemuthianum на поверхности гипокотиля боба. Инфекционные капли, содержащие споры авирулентной расы, инкубировали в течение 60 ч, собирали, стерилизовали микрофильтрацией и концентрировали. Полученные препараты в дальнейшем называли диффузатами. На поверхность других растений того же самого сорта наносили сначала диффузаты, а затем через 18 ч - суспензию спор вирулентной расы. Повреждений не наблюдалось. Диффузаты не оказывали фунгицидного действия на споры вирулентной расы, которые нормально прорастали и проникали в эпидермальные клетки, но изменяли обычное взаимодействие хозяина и паразита таким образом, что рост вирулентной расы подавлялся при внедрении в клетки обычно восприимчивых растений. Диффузаты из инфекционных капель, содержащие вирулентные споры, подобным действием не обладали. Фактор, содержащийся в диффузатах, полученных при взаимодействии несовместимых сортов и рас, специфичен, так как он эффективен против вирулентных рас только на том сорте, из инфекционных капель которого был получен диффузат.

Дальнейшее развитие эта работа получила при использовании большего набора сортов. Было показано, что фактор защиты был эффективен на различных сортах при условии, что они обладали теми же генами устойчивости, что и сорт, являющийся донором, и что сорт, обладающий генами устойчивости к двум различным расам, продуцировал два фактора защиты, которые различались по их влиянию на сорта, обладающие генами устойчивости только к одной из рас [18].

Специфические факторы перекрестной защиты не охарактеризованы и, по-видимому, останутся таковыми, пока их источником будет небольшой объем объединенных инфекционных капель. Успеха в изучении природы этих веществ можно достичь с помощью ферментов, специфически разрушающих различные типы информационных макромолекул. Механизм превращения обычно восприимчивых клеток в устойчивые пока еще неизвестен. На основании наблюдений, сделанных во время экспериментов, было установлено, что в клетках с индуцированной устойчивостью реакция сверхчувствительности не развивается. Это противоречит наблюдениям, описанным в главе 4, которые свидетельствуют о том, что ранний некроз клеток боба сопровождается защитой, стимулированной ростковыми трубками гриба авирулентной расы [224]. Как сообщалось в главах 5 и 6, образование фитоалексина следует за некрозом инфицированных клеток боба и, возможно, вызывает прекращение роста гиф в сверхчувствительных клетках.

Однако необходимы дальнейшие исследования для объяснения участия фитоалексина в ограничении роста гиф в инфицированных, но не ставших некротическими клетках, хотя необходимо вспомнить, что выделенный из гриба пептид, мониликолин А, может вызывать образование фитоалексина в здоровых клетках боба, а фитоалексины конского боба были обнаружены в живых клетках, примыкающих к некротическим инфицированным клеткам. Если в клетках, подвергнутых действию специфического фактора перекрестной защиты, фитоалексины отсутствуют, то можно говорить о существовании другого процесса, способного контролировать рост гриба.

Сверхчувствительность тесно связана как с обычной устойчивостью клеток боба к возбудителю антракноза, так и с индуцированной устойчивостью, вызываемой авирулентными расами [223, 224]. Следовательно, участие факторов специфической перекрестной защиты и тип их действия (очевидно, в отсутствие сверхчувствительности) для нормального процесса устойчивости неясны. Однако было бы важно получить доказательства того, что они действительно существуют. Данные об их природе и способе действия могут быть получены на основе изучения специфичности и индуцированной устойчивости.

РНК как продукт узнавания авирулентной расы ржавчинного гриба

Чтобы найти первичный продукт взаимодействия хозяина и паразита, который может влиять на реакцию обычно восприимчивых клеток на заражение, были проведены эксперименты с листьями пшеницы, устойчивыми к стеблевой ржавчине. Рорингер, Ховес, Ким и Самборски [205] проводили эксперименты с сортами пшеницы, имеющими ген устойчивости Sr₆, и использовали температурную чувствительность этого гена для получения большого числа сверхвосприимчивых клеток. Пшеницу инокулировали авирулентной расой ржавчинного гриба и инкубировали при 26°С, так что паразит рос и образовывал гаустории во многих клетках хозяина. Через три дня температуру понижали до 20°С, и во многих примыкающих клетках в течение следующих 30 ч развивалась реакция сверхчувствительности. На этой стадии из листьев, проявивших реакцию сверхчувствительности, получали неочищенный экстракт, содержащий нуклеиновую кислоту, и вводили его в листья других растений той же линии пшеницы, инокулированной вирулентной расой возбудителя ржавчины. Инъекция приводила к обширному некрозу клеток, которые обычно оставались живыми в присутствии вирулентной расы.

В ряде опытов было обнаружено, что экстракт более эффективно вызывает необычный некроз у пшеницы с геном Sr₆, чем с аллелем sr₆. Специфичность экстракта к линии с геном Sr₆ можно повысить путем частичной очистки содержавшейся в нем РНК и удалением из препарата ДНК и белка. Тот факт, что специфичность экстракта исчезает при обработке его РНК-азой, свидетельствует о том, что она была обусловлена присутствием в экстракте РНК. Однако экстракт обладал заметной фоновой активностью достаточной, чтобы неспецифично вызывать некоторый некроз у любой линии пшеницы, инокулированной вирулентной расой. Результаты этих первых экспериментов свидетельствуют о том, что обнаруженная нуклеиновая кислота является продуктом несовместимых взаимодействий с участием гена авирулентности Р₆ и обладает способностью специфически узнавать ген устойчивости Sr₆ и взаимодействовать с ним.

В дальнейших исследованиях Ховеса, Самборски и Рорингера [108] были выявлены ген авирулентности у паразита как источника РНК и комплементарный ген устойчивости у хозяина, использованного в биопробах в качестве мишени. Однако необходимо отметить, что значительные колебания от эксперимента к эксперименту в числе некрозов в биопробе порождает сомнение в правильности оценки полученных данных. Критерием "активности" была индукция значительно большего некроза у линии пшеницы с геном устойчивости, чем у линии с рецессивным аллелем. Если не придавать этим данным значения, то источником активности можно рассматривать ген авирулентности паразита, потому что активные экстракты были получены не только из растений с низким типом инфекции, являющимся результатом P₆/Sr₆ взаимодействия при 20°С, но и из растений с высоким типом инфекции, полученным в результате того же самого взаимодействия при 26° С, а также при сочетании P6/sr6. Активные экстракты нельзя получить при взаимодействиях, основанных на р₆. Сходным образом активный экстракт был получен на основе взаимодействия P6/sr5. Активность РНК из Р₆ и Р₅ генов была выявлена только в биопробах с объектами, имеющими Sr₆ и Sr₅ гены соответственно, и на нее не влияли гены вирулентности или авирулентности рас, использованных для инокуляции растений. Споры вызвал также вопрос о том, насколько необходимо проникновение гаусторий в клетки растения-хозяина для поступления РНК в места образования продуктов генной активности хозяина. При демонстрации того факта, что для обеспечения доступа РНК были необходимы гаустории возбудителя стеблевой ржавчины, а не листовой, авторы ссылались в основном на упомянутые выше данные, так как они установили, что заражение листовой ржавчиной предрасполагало листья к появлению очень большого количества некрозов после инъекции РНК, что особенно отчетливо проявлялось в линии, несущей рецессивный аллель.

Таким образом, это сложное исследование из-за невоспроизводимости результатов следует рассматривать скорее как интригующее, чем убедительное.

Индуцирование или подавление образования фитоалексинов

Очевидным способом регуляции специфичности могла бы быть селективная стимуляция или подавление ключевого защитного механизма в конкретном растении. Таким образом, необходимо найти специфический механизм, с помощью которого соединение, выделяемое авирулентной расой паразита, регулирует образование фитоалексинов, отложение каллозы или деление пробкового камбия у устойчивого растения-хозяина. Как сообщалось в главах 5 и 6, известно много веществ, которые способны стимулировать образование фитоалексинов у бобовых; кроме того, есть данные по подавлению образования фитоалексинов у картофеля веществами, выделяемыми вирулентной расой Phytophthora infestans. Выявление и выделение из паразита молекул, обладающих этим специфическим действием на растение-хозяина, является в основном темой дальнейшего исследования.

Кин [125] обнаружил, что культуральные фильтраты из авирулентных рас Phytophthora megasperma var. sojae стимулировали 2-5-кратное увеличение содержания фитоалексина в гипокотилях устойчивых сортов сои по сравнению с восприимчивыми, хотя были обнаружены значительные колебания между повторностями. В этом же эксперименте экстракты из рас, вирулентных для гипокотилей обоих типов, стимулировали образование промежуточных количеств фитоалексина. На основании этих результатов можно предположить существование специфических стимуляторов, но совершенно очевидно, что имело место и значительное неспецифическое стимулирование. И действительно, когда культуральные фильтраты авирулентной и вирулентной рас были сконцентрированы и разделены гель-фильтрацией, было получено по крайней мере три фракции, обладающие неспецифической активностью. Однако из экстрактов авирулентной расы была выделена еще и четвертая фракция, которая стимулировала в несколько раз большее образование фитоалекснна в гипокотилях устойчивых сортов, чем в гипокотилях восприимчивых. Для подтверждения возможности того, что существует соединение, обладающее специфической способностью стимулировать образование фитоалексина только у устойчивых сортов сои, требуются дальнейшие исследования этой конкретной фракции. Любая гипотеза относительно существования специфического стимулятора в естественном процессе заражения и ответной реакции растения-хозяина должна учитывать тот факт, что эти неспецифические стимуляторы существуют и присутствуют в культуральных фильтратах.

Заключение

Как указывалось в начале этой главы, трудно объединить различные точки зрения, касающиеся существования факторов узнавания или их природы. Можно представить много аргументов в пользу существования макромолекул, определяющих специфичность при взаимодействии растения-хозяина и паразита. На основании изложенных здесь данных можно наметить по крайней мере пять подходов к разработке гипотезы о механизмах регуляции специфичности. Легче всего представить себе роль токсинов, влияющих на индукцию сверхчувствительности в клетках устойчивых растений, но данных по их существованию мало, если не сказать больше. Труднее понять роль общих антигенов как факторов совместимости, хотя данных об их существовании больше. Открытие специфических факторов перекрестной защиты и выделение из растений, зараженных ржавчиной, РНК, которая определяет реакции клеток на паразитов, может указывать на то, что хозяин и паразит взаимодействуют путем обмена нуклеиновыми кислотами, но данных по этому вопросу пока мало. Идея о том, что паразит может приобретать способность к специфическому метаболическому контролю над реакциями, которые обычно ведут к проявлению устойчивости через синтез фитоалексина, очень привлекательна, но в настоящее время подтверждается только одной серией данных.