Rośliny zombie - fitoplazma i transformacja

Co prawda nie takie jak na filmach czy z gry na telefony, ale nasuwają się pewne analogie.
Właśnie w taki sposób popularnie określane są organizmy, których budowa i zachowania są zmieniane przez pasożyty. W ten sposób szkodnik zapewnia sobie przetrwanie i zwiększenie szansy na przedostanie się do kolejnego żywiciela.  

Dla przykładu motyliczka wątrobowa atakuje układ nerwowy mrówek, zmuszając je do wspinania się na źdźbła traw, dzięki czemu może być łatwo zjedzona przez głównego żywiciela (czyli bydło i inne przeżuwacze). Wyjątkowo widowiskowo prezentuje się ślimak będący nosicielem przywr z rodzaju Leucochloridium, którego cerkarie wypełniają czułki i pulsują, zwracając uwagę drugiego żywiciela – ptaków. Jest to też chyba najbardziej znany przykład (po prawej). Podobne mechanizmy obecne są także wśród roślin, które są zakażone przez fitoplazmy. Badaniem działania pasożytniczej bakterii zajęła się Profesor Saskia Hogenhout, z brytyjskiego John Innes Centre.

Żywicielem fitoplazmy jest roślina, a wektorem - owad.  Bakteria indukuje transformację kwiatów w tkankę przypominającą liście. Od tego momentu roślina staje się niezdolna do rozmnożenia, a jedynym celem istnienia jest dawanie schronienia bakterii i zapewnienie jej przeniesienia przez owady.

Na górze - jeżówka porażona przez fitoplazmy. Kwiaty zamieniły się w zielone, liściopodobne organy, z których wyrastają dodatkowe łodygi. Na dole, dla porównania zdrowa roślina  (źródło: USDA Phytoplasma Resource Centre)

Kwiaty porażonej rośliny zaczynają wytwarzać chlorofil, zielenieją i wypuszczają gąszcz łodyżek. Taka struktura jest atrakcyjna dla żerujących na roślinach małych gatunków skoczków (głównie rodzina Cicadellidae). Kiedy owad zje tkanki porażonej rośliny, bakterie zakładają kolonię w jego śliniankach. Gdy przeniesie się na drugą roślinę i zacznie wysysać jej komórki, bakterie ze ślinianek przez rankę skolonizują kolejnego żywiciela. Co więcej, bakteria wpływa też pośrednio na zachowanie owada – zmienione kwiaty są dla niego bardziej atrakcyjne do żerowania. 

Fitoplazmy są przykładem wysokiego przystosowania ewolucyjnego.  Bakteria może całkiem swobodnie poruszać się po ciele owada, krążyć w hemolimfie i przenikać nawet przez szczelne z założenia tkanki. Gdy mikrob zasiedli ślinianki, owad będzie roznosił chorobę do końca swojego życia. W przeciwieństwie do rośliny roznosiciel nie cierpi z tego powodu żadnych nieprzyjemności. Co więcej, część gatunków zainfekowanych owadów żyje dłużej i ma większą płodność. Określone gatunki fitoplazm wykazują silne preferencje wobec zarażanych gatunków roślin i owadów je roznoszących, choć niektóre są mniej wybiórcze. 

Skoczek astrowy Macrosteles quadrilineatus, wykorzystany w opisywanym badaniu. Skoczki powodują duże straty w niektórych gałęziach rolnictwa, uszkadzając rośliny oraz przenosząc bakterie i wirusy

W czasie badań na Wageningen University wykazano, że kluczową rolę w przemianach zachodzących w roślinie odgrywa białko SAP54, produkowane przez bakterie z rodzaju fitoplazm. SAP54 pośredniczy w degradacji roślinnych czynników transkrypcyjnych MTF. W degradacji powodowanej przez SAP54 wymagany jest udział rodziny roślinnych białek RAD23, odpowiadających za znakowanie białek przeznaczonych do degradacji w proteasomie komórki (proces ubikwitynacji służy do usuwania z komórki niepotrzebnych cząsteczek: podlega on na dołączeniu do usuwanego białka małej cząsteczki ubikwityny, która kieruje go do zniszczenia w centrum recyklingu komórki – proteasomie).

Niszczone przez białka bakterii czynniki MTF (głównie SEPALLATA3 and APETALA1) są niezbędne roślinie w rozwoju kwiatów. Po zakłóceniu regulowanych przez nie szlaków, roślina staje się sterylna a kwiaty zamieniają się w liściopodobne organy, które z jakiegoś powodu są dla owadów bardziej atrakcyjnie niż zwykłe liście. Na razie ten mechanizm nie jest poznany. Autorzy badania sugerują, że transformowane organy mają większą biomasę a zaburzenie rozwoju kwiatów wpływa też na inne czynniki mogące przywabiać owady, takie jak produkcja hormonów kwiatowych czy uszkodzenie mechanizmów obrony rośliny przed szkodnikami.

Badania nad mechanizmem atakowania roślin przez fitoplazmatyczne bakterie mają duże znaczenie gospodarcze. Narażony jest szereg roślin uprawnych: kukurydza, zboże, marchew, pomidory, ziemniaki, rzepak i winogrona. Porażone rośliny nie mają kwiatów, a więc także owoców. Walka fitoplazmami polega na opryskach insektycydami, głównie pyretroidami i neonikotynoidami, zabijającymi przenoszące bakterię owady,. Te ostatnie stały się ostatnio słynne z powodu ich domniemanego udziału w wymieraniu pszczół, są też od tego roku wycofywane z rynku. Dlatego aby zmniejszyć niezbędną ilość chemicznych oprysków trzeba szukać innych dróg walki ze szkodnikiem. Na przykład za pomocą substancji, które będą zakłócać działanie bakteryjnego białka SAP54. Które zamienia rośliny w zombie.

opracował: mgr Seweryn Frasiński 

źródło:

news.jic.ac.uk
Era Fitoplazm? M. Kamińska 1999 Hasło Ogrodnicze 08/1999

PODOBAŁO SIĘ? CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO Z KOLEJNYMI ARTYKUŁAMI? 

>>POLUB NAS NA FACEBOOK<<

MacLean, A., Orlovskis, Z., Kowitwanich, K., Zdziarska, A., Angenent, G., Immink, R., & Hogenhout, S. (2014). Phytoplasma Effector SAP54 Hijacks Plant Reproduction by Degrading MADS-box Proteins and Promotes Insect Colonization in a RAD23-Dependent Manner PLoS Biology, 12 (4) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001835