Криобиологические сосуды > Сельское хозяйство и биотехнология > Корончатые галлы и борьба с ними

Корончатые галлы и борьба с ними


Природа заболевания
Некоторые разновидности почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens способны внедряться в ткани двудольных растений через раневые поверхности и вызывать образование опухолей — корончатых галлов. Хотя об этом явлении известно с 1907 г., механизм патогенности удалось установить совсем недавно. Бы­ло показано, что клетки патогенных штаммов этой бактерии со­держат крупную плазмиду (Ti) с мол. массой от 90-Ю6 до 150-106, зависящей от того, какие иные свойства, кроме пато­генности, в ней закодированы. Имеются данные, что превраще­ние нормальных клеток растения в опухолевые обусловлено переносом в них плазмиды Ti и включением ее в хромосомную ДНК хозяина.
Клетки опухоли растений могут расти на питательной среде в форме недифференцированной массы, но иногда из них обра­зуются тератомы, которые порождают внешне нормальные рас­тения. Эти тератомы все еще содержат плазмидную ДНК и син­тезируют опины, но обычно опухоли у них отсутствуют и могут развиваться либо спонтанно, либо после повреждений.
Было показано, что плазмиду Ti методами генетической ин­женерии можно модифицировать, в результате чего она приобретает способность переносить чужеродную ДНК в растение-хозяина. Существование жизнеспособных тератом позволяет надеяться, что на основе такого плазмидного переноса ДНК можно получить стабильно трансформированные растения.
Любопытно, что хотя тератомы могут цвести и образовывать семена, выращенные из таких семян растения не несут плазми-ды Ti. Видимо, она каким-то образом утрачивается при мейозе. Сегодня содержащие ДНК Ti-плазмид растения размножают только вегетативно.
Agrobacterium tumefaciens не инфицирует однодольные рас­тения, и поэтому векторы на основе плазмиды Ti нельзя исполь­зовать в генетических экспериментах с культивируемыми зла­ками.
Биологический контроль
В Австралии корончатые галлы очень часто встречаются у мин­даля, персиков и роз, и в 1973 г. садоводы-профессионалы раз­работали метод защиты этих культур, состоящий в том, что саженцы (проростки, трансплантаты и черенки) смачивают в суспензии бактерий, которые подавляют рост патогена. Такая обработка почти полностью предотвращает заболевание и яв­ляется первым примером практического использования бакте­рий для борьбы с корончатыми галлами.
Не все агробактерии являются патогенами. Многие их штам­мы, выделенные из почвы питомников, где выращивали косточ­ковые культуры, были непатогенными, но отличить их от пато­генных по какому-либо иному, чем степень патогенности, приз­наку было невозможно. Для почвы вокруг больных растений отношение патогенных штаммов к непатогенным было высоким, а для почвы вокруг здоровых растений — низким.
Изучение взаимоотношений между двумя формами в лабо­ратории, когда в качестве типичной непатогенной формы был взят штамм 84, показало, что если в опытах с проростками помидоров или персиков отношение числа патогенных штаммов к непатогенным было меньше или равно 1, то галлы не разви­вались. Конечная цель этих экспериментов заключалась в соз­дании условий, при которых указанное отношение для поверх­ности корней не превышало бы единицы, для чего предприни­мались попытки повысить содержание непатогенных форм на семенах или корнях молодых деревьев при пересадке. В опытах с персиками путем инокуляции корней удалось защитить около 95% растений, росших год на почве без патогенов, и около 99%, когда инокулировались и семена, и корни.
Способ обработки
Сама обработка крайне проста: семена, черенки или корни мо­лодых растений погружают в суспензию бактерий, а затем не­медленно высаживают. Хорошие результаты получают при плот­ности суспензии порядка 107—108 бактерий/мл; при этом забо­леваний практически не наблюдается. В Австралии, Новой Зе­ландии и США такие инокуляты имеются в продаже; некоторые из них делают на основе торфа, как и в случае Rhizoblum, & другие представляют собой культуры, выращенные на агаре.
Механизм контроля
Штамм 84 синтезирует высокоспецифичный антибиотик, кото­рый подавляет рост большинства патогенных агробактерии. Это нуклеотидный бактериоцин, известный под названием агро-цин 84. В клетках этого штамма содержится небольшая плаз-мида с мол. массой 30-106, детерминирующая синтез агроцина, и крупная плазмида с мол. массой 124-106, в которой закоди­рована способность использовать нопалин — необычную амино­кислоту типа опина, присутствующую только в тканях корон­чатых галлов. Крупная плазмида Ti, которая несет гены пато­генности и чувствительности к агроцину, в этих клетках отсут­ствует. Когда патогенный штамм выращивают в присутствии агроцина 84, образуется небольшое количество устойчивых к не­му колоний, как правило непатогенных. При этом, видимо, либо теряется плазмида Ti, либо происходит мутация (делеция), ко­торая проявляется не только в форме устойчивости к агроци­ну 84, но и в потере патогенности.
Проблемы борьбы с корончатыми галлами
К сожалению, метод борьбы с корончатыми галлами с помощью штамма 84 не удается распространить на все подверженные этой болезни культуры, так как некоторые из них, например винный виноград, инфицируются штаммами, устойчивыми к аг­роцину 84. Кроме того, в некоторых полевых опытах из галлов были выделены патогенные, образующие агроцин 84, штаммы. Все известные синтезирующие агроцин 84 штаммы устойчивы к этому бактериоцину, так что бороться с ними с помощью штамма 84 невозможно.
Опыты показали, что такие устойчивые патогенные штаммы могут появляться в результате конъюгации между штаммом 84 и патогенными штаммами. В ходе конъюгации две плазмиды штамма 84 передаются независимо друг от друга, в то время как плазмида Ti патогена не обязательно проникает в клеткуреципиент. Из шести возможных трансконъюгатов три содержат Ti-плазмиду, а два из них к тому же и небольшую плазмиду, в которой закодирована способность к синтезу агроцина 84. В лаборатории конъюгация происходит только в присутствии нопалина, а в природе, по-видимому, непосредственно в самой ткани корончатого галла либо вблизи него. Можно предполо­жить, что иногда при этом появляются патогенные штаммы, образующие агроцин. Ясность в этот вопрос будет внесена лишь тогда, когда будет обнаружен или создан методами генетической инженерии мутант штамма 84, неспособный к конъюгации с па­тогеном или же к переносу плазмиды с маркером агроцин 84.