Деградация фенольных фитоалексинов

Грибы могут модифицировать молекулу птерокарпана (а птерокарпановый скелет имеет большинство фенольных ФА) различными способами (рис. 6.13), включающими гидроксилирование колец, разрывы лактонных связей, окисление гидроксилов и др. Образующиеся соединения менее токсичны, чем исходные (табл. 6.7).

Наиболее детально изучена деградация ФА гороха пизатина, благодаря исследованиям, проводимым в лаборатории американского фитопатолога Г. ВанЭттена. Было показано, что если паразит гороха Nectria haematococca (анаморфа Fusarium solani f. sp. pisi) выращивать в жидкой питательной среде, содержащей пизатин, то после некоторого лаг-периода начинается рост мицелия, который сопровождается снижением содержания пизатина в среде и накоплением его производного 3,6а-диокси-8,9-метилендиоксиптерокарпана (рис. 6.14). Следовательно, в присутствии пизатина гриб накапливает фермент, отщепляющий метальную группу от С-3 атома, причем лаг-период свидетельствует о том, что образование фермента индуцируется пизатином, присутствующим в среде роста. Среди большого числа исследованных природных штаммов N. haematococca обнаружены как высоко патогенные для гороха, так и непатогенные, причем степень патогенности коррелировала со способностью деметилировать пизатин. При скрещивании патогенных штаммов с непатогенными гибридные моноаскосопоровые культуры расщеплялись на две группы — патогенные и неапатогенные, причем только первые обладали способностью деметилировать пизатин (рис. 6.15).

Продукт деградации пизатина слабо токсичен для грибов. Кроме того он подвергается дальнейшему разрушению до летучих продуктов (CO2 и др.). Деградация пизатина осуществляется ферментом пизатиндеметилазой, который представляет собой широко распространенный у различных организмов (у человека локализованный в печени) связанный с мембраной фермент цитохром Р-450 монооксигеназу. Для проявления его активности требуются цитохром Р-450 и НАДФ-цитохром Р-450 редуктаза. Экспрессия фермента индуцируется пизатином и репрессируется глюкозой и аминокислотами, т. е. подвержена катаболитной репрессии.

В геноме N. haematococca обнаружено несколько генов, контролирующих синтез пизатин-деметилазы. Ген Pda1 обеспечивает высокую активность фермента, Pda2 и Pda3 — низкую, Pda6 — промежуточную. Рецессивные аллели этих генов представляют собой делеции. Поскольку грибные хромосомы значительно короче хромосом высших эукариот, их можно разделить в электрическом поле, используя специальную методику (импульсный электрофорез). При разделении хромосом N. haematococca было обнаружено, что кроме хромосом, имеющихся у всех штаммов, у многих штаммов присутствующие варьирующие в числе мелкие хромосомы (dispensable или В-хромосомы). Эти хромосомы не обязательны для существования гриба, но именно на них расположены Pda-гены. Штаммы, потерявшие В-хромосомы, могут существовать лишь как сапротрофы.
На В-хромосомах расположены и гены токсинообразования патогенных форм Alternatia alternata. Такие хромосомы отсутствуют у сапротрофных штаммов. По-видимому, потерей В-хромосом обусловлено быстрое снижение частоты встречаемости патогенных штаммов при прекращении выращивания восприимчивых сортов и видов растений.

Ген Pda6 был клонирован и перенесен в другие грибы — Cochliobolus heterostrophus (паразит кукурузы) и Aspergillus nidulans (сапротроф). Оба трансформанта приобрели способность разрушать пизатин in vitro, что свидетельствует об экспрессии гена в новых организмах, однако, только первый наряду с этим стал заражать горох. Этот опыт свидетельствует не только о роли фермента пизатиндеметилазы в патогенности к гороху, но и различиях между базовой патогенностью и специфической вирулентностью. Фитопатогенный вид С. heterostrophus обладает базовой патогенностью, которая, по-видимому, обусловлена многими генами, поэтому приобретение только одного дополнительного гена вирулентности к гороху оказалось достаточным для обеспечения способности заражать нового хозяина. Сапротроф A. nidulans не имеет базовой патогенности,- поэтому ген вирулентности не может обеспечить его способность к паразитизму. Наконец, этот опыт свидетельствует о фундаментальных различиях между про- и эукариотными паразитам. Как было показано ранее, перенесение в геном кишечной палочки только одного гена пектатлиазы из генома фитопатогенной бактерии Erwinia chrysanthemii делало трансгенные штаммы патогенными для растений. По-видимому, у прокариот переход от сапротрофного существования к паразитическому значительно более простой, чем у эукариот, и обеспечивается всего несколькими генами. Этим объясняется практическое отсутствие бактерий — облигатных паразитов животных или растений и обнаружение штаммов некоторых бактерий, способных паразитировать как на растениях, так и на животных. Низшие эукариоты (грибы) для паразитического образа жизни должны иметь систему базовых генов, значительная часть фитопатогенных грибов представлена облигатными паразитами. Наконец, у еще более дифференцированных организмов — беспозвоночных животных и высших растений паразитизм почти всегда облигатный, расхождение между паразитами и непаразитами достигло необратимого уровня.