На одном из этапов своего жизненного цикла Moniliophthora perniciosa принимает форму очаровательных розовых грибов, которые кажутся прямо из сказки (см. Рисунок). Однако для шоколадного дерева M. perniciosa создает проблемы. Эти грибы наполнены миллионами спор, которые, будучи выпущенными, могут попасть в восприимчивое шоколадное дерево через поверхностные раны и крошечные щели, называемые устьицами, и медленно убить дерево.
Поскольку на зараженных деревьях появляются причудливые зеленые наросты, напоминающие метлы, болезнь известна как болезнь ведьм-метел. Через два-три месяца после заражения веники буреют и начинают погибать. Затем грибок завершает свой жизненный цикл, снова давая начало скоплениям грибов, продуцирующих споры. Нет никакого известного лекарства от этой разрушительной болезни.
В 2000 году группа ученых во главе с Гонсало Перейрой из Университета Эстадуаль де Кампинас в Бразилии инициировала проект «Геном ведьмовой метлы» с долгосрочной целью разработки лекарства от болезни ведьм метлы. Исследование, которое будет опубликовано в The Plant Cell, представляет собой кульминацию их исследований на сегодняшний день. Команда использовала метод, известный как двойной анализ РНК-seq, чтобы отслеживать взаимодействие между грибком M. perniciosa и шоколадным деревом.
Этот метод позволяет ученым реконструировать поле битвы между шоколадным деревом и грибком с беспрецедентной детальностью, обеспечивая считывание генов, пораженных растением и грибком во время болезни ведьм метлы. «Знание молекулярных и физиологических основ болезни — важный шаг на пути к разработке эффективных стратегий борьбы», — говорит автор исследования Пауло Тейшейра. Используя здоровые растения в качестве ориентира, ученые идентифицировали 1967 генов, которые проявляли уникальную активность в структурах зеленых метел инфицированных шоколадных деревьев.
Анализ этих генов показал, что грибковая инфекция вызывает серьезные изменения в метаболизме шоколадного дерева. Кроме того, ученые обнаружили 8617 грибковых генов, которые были активны в зеленых метлах. Используя Атлас транскриптома болезней метлы ведьм, общедоступный онлайн-инструмент, разработанный командой Перейры для поддержки исследований болезни метлы ведьм, ученые идентифицировали 433 грибковых гена, которые были особенно активны в зеленых метлах.
Многие из этих генов кодируют белки с предполагаемыми функциями в механизме грибковых заболеваний. Автор исследования Даниэла Томазелла объясняет, что «открытие наборов грибковых генов, которые, скорее всего, участвуют в патогенности, прокладывает путь для разработки целевых методов лечения болезни». В самом деле, авторы уже используют результаты этого исследования для разработки нового фунгицида, специально нацеленного на M. perniciosa.
Ведущий ученый Перейра утверждает, что эта работа не только расширяет наши знания об опустошительной тропической болезни, но и обеспечивает важную основу для будущих исследований, направленных на повышение устойчивости сельского хозяйства и глобальной продовольственной безопасности.