Текст книги "Как растения защищаются от болезней"

Автор книги: Ольга Озерецковская

Соавторы: Лев Метлицкий
сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 13 страниц)

Если лист томатов подвергнуть сильному механическому поранению, то в других листьях образуются два ингибитора протеиназ, которые составляют свыше 10 % от всех растворимых белков. Накопление этих ингибиторов требует определенных условий освещенности и температуры 37 °C. Ингибитор I с молекулярной массой 39 000 состоит из 4 идентичных субъединиц, ингибитор II с молекулярной массой 25 000 состоит из 2 идентичных субъединиц. Оба сильно ингибируют протеиназы – хемотрппсип и субтилизин и слабо – трипсин. Фактор, индуцирующий накопление ингибиторов протеиназ, освобождался в воду, если листья молодых томатов срезали бритвой, а срезанный конец помещали в сосуд с водой. Этот фактор, будучи введен в листья, вызывал накопление ингибитора протеиназ с линейной скоростью.

В качестве индуктора ингибитора испытывали пидолилуксусную кислоту, кинетин, гиббереллин, абсцизовую кислоту и этилен – пи одно из них не оказывало такого действия, как фактор, индуцирующий ингибиторы протеиназ. Образовавшись в клетках, ингибитор откладывается в центральной вакуоли в виде белковых кристаллов. Там они могут сохраняться длительное время, не разрушаясь.

Большим числом исследователей доказано участие ингибиторов протеиназ в регулировании свертывания крови, процесса оплодотворения, секреции ферментов и гормонов. Их недостаток в организме может приводить к тяжелым заболеваниям. В частности, нарушение равновесия между протеолитическими ферментами и их ингибиторами является одной из причин злокачественных новообразований. Препараты ингибиторов протеиназ широко используются в качестве терапевтических средств при лечении эмфиземы легких, панкреатита, шока и других болезней.

Таким образом, наличие специфических высокомолекулярных ингибиторов ферментов, защищающих растения от фитопатогенов, сомнений не оставляет. Сомнительным остается другое, а именно способность растений в ответ на введение в них определенного фермента образовывать строго специфические антиферменты, подавляющие только этот и никакой другой фермент. Признать это все равно, что признать за растениями способность образовывать антитела в ответ на введение антигена.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕГРАДЫ

Для того чтобы превратить растение в источник своего питания, паразит прежде всего должен в пего проникнуть. А это не так уже и просто, поскольку каждое растение, его листья, корни, стебли, плоды, клубни и корнеплоды, одеты покровными тканями. Покровные ткани растений включают эпидермис и перидерму. Эпидермис – первичная покровная ткань растений, образующаяся из клеток, возникающих в результате первичного роста. У многих растений стебли и корпи еще дополнительно нарастают в толщину. На таких вторичных утолщениях эпидермис заменяется перидермой.

Эпидермис, образующий непрерывный слой на поверхности органа, как правило, состоит из одного ряда клеток таблитчатой формы. Наружная стенка клеток эпидермиса пропитывается липофильным веществом – кутином, представляющим собой полимер оксимонокарбоновых кислот, образующих пространственную сетку. Кутин входит также в состав кутикулы – бесклеточной пленки, покрывающей поверхность эпидермиса. На внешней поверхности кутикулы находится слой воска, благодаря чему инфекционные капли, содержащие споры патогена, не могут удерживаться на их поверхности и скатываются, что предохраняет растения от инфицирования.

Вторичная покровная ткань называется перидермой. О перидерме и цементирующем ее липофильном соединении суберине мы уже говорили в разделе «Раневой стресс».

На эпидермисе надземной части растений встречаются особые отверстия – устьица, через которые осуществляется транспирация и воздухообмен растений. На поверхности перидермы находятся чечевички – рыхло расположенные клетки, также обеспечивающие обмен воздуха и воды.

Бактерии преимущественно проникают в растительные ткани сквозь естественные отверстия на поверхности растений – чечевички, устьица, либо через раны. Вирусы могут проникать через раны, поэтому механические поранения растений, возникающие при уходе за ними, способствуют проникновению инфекции. Патогенные грибы обладают способностью к активному самостоятельному проникновению в неповрежденные растительные ткани. Правда, отдельные грибы различаются по своей проникающей способности. Группа эволюционно более древних грибов получила название «раневых», поскольку они проникают в растения только через раны. Другие грибы хотя и способны проникать через неповрежденные покровы, по все же предпочитают естественные отверстия или раны. Некоторые из них развивают на копчике гифы давление, не уступающее давлению на поршень в цилиндре мотора самолета.

Покровные ткани представляют собой не только механическую преграду на пути инфекции, но и токсический барьер, поскольку в их составе содержатся различные по природе антибиотические вещества. Об антибиотических веществах, содержащихся в составе перидермы, мы уже рассказывали.

Токсические соединения присутствуют также и в составе кутикулы и волосков, представляющих собой выросты эпидермиса. Подобные выросты обламываются при соприкасании с ними, выделяя ядовитые вещества на поверхность растительных тканей (вспомните ваши ощущения после того, как вы дотронулись рукой до крапивы).

Все, о чем мы рассказывали до сих пор, представляет собой предсуществующие механические барьеры, т. е. барьеры, имеющиеся в растении еще до того, как оно подвергается паразитарной атаке. Это так называемые конституционные барьеры. Ранее их относили к пассивным факторам иммунитета. Однако теперь стало очевидным, что такие барьеры могут активно образовываться или индуцироваться в ответ на повреждение, в том числе и на инфицирование.

Например, перидерма отграничивает область некротизированных клеток, которые погибли в результате реакций сверхчувствительности, возникшей в ответ на проникновение несовместимой расы возбудителя фитофторы в клетки картофеля.

Очаг инфекции тем самым как бы отделяется от здоровой ткани.

Иногда удается наблюдать выпадение участков некротизированной ткани в результате их окружения зоной перидермы. Так, листья миндаля, пораженные Clasterosporium carpophilum (Lev.) Aderh., на просвет кажутся как бы простреленными дробью, поскольку единичные образовавшиеся некрозы, окруженные перидермой, выпадают из ткани листа. Ограничивание очагов поражения на ветвях выглядит как изъязвление и шелушение участков. Некротизированная ткань как бы заключается в капсулу и активно вытесняется здоровыми тканями.

Выпадение пораженных очагов наблюдается тогда, когда перидерма, локализующая инфекцию, закладывается в направлении, перпендикулярном поверхности листа. В том случае, если деление происходит в периклинальном направлении, очаг инфекции как бы вышелушивается.

Очаг инфекции в растении чаще всего не удаляется, а только локализуется. Последний хотя и отграничивается перидермой, по остается соединенным со здоровой тканью. Перидерма, отграничивающая зараженный участок, выполняет три важные функции:

локализует паразита и тем самым препятствует его распространению;

прекращает приток питательных веществ из здоровых тканей растений в очаг инфекции;

защищает организм хозяина от токсических продуктов взаимодействия партнеров.

Очень интересны наблюдения внедрения возбудителя мучнистой росы в клетки ячменя и вигны. Оказалось, что еще до момента проникновения паразита в клетку, как раз под тем местом, где находится аппрессорий гриба (орган, с помощью которого паразит прободает клеточную стенку), последняя начинает утолщаться. Материал для утолщения стенки доставляется специальными цитоплазматическими пузырьками (пузырьки аппарата Гольджи), которые скапливаются под местом предполагаемого проникновения паразита. Возникает своеобразная «папилла» (бугорок), в составе которой обнаружен лигнин и кремний. Тем самым укрепляются механические свойства клеточной стенки и ее устойчивость к воздействию разрушающих ферментов гриба. Если папилла образуется своевременно, то паразит проникнуть не может, если образование папиллы запаздывает – проникновение патогена все же происходит.

Своеобразной механической преградой на пути распространения паразита служат тиллы, образующиеся в сосудах растений, пораженных возбудителями инфекционного увядания. Вилт (увядание) – одна из наиболее вредоносных болезней растений, которые поражают многие травы, деревья и кустарники. Но особенно страдает от вилта хлопчатник, который поражают грибы из родов Verticiilium и Fusarium. У заболевших растений нарушается водопроводящая система, они теряют упругость, желтеют, темнеют и, наконец, засыхают. Паразит через корпи пробирается в сосуды ксилемы, а затем с током воды распространяется по всему растению. Так происходит в восприимчивых сортах. А в устойчивых – распространению паразита по сосудам препятствуют пробки, которые образуются в сосудах выше местонахождения гриба. При этом в просвет сосуда выпячивается содержимое расположенных рядом с ннм паренхимных клеток – образуются тиллы, которые заливаются затем пектиновыми гелями. Гриб как бы замуровывается в просвете сосуда, а затем подвергается воздействию антибиотических веществ. Если такие закупорки многочисленны, то растение начинает страдать от недостатка воды. Для того чтобы этого избежать, растению приходится образовывать новые дополнительные сосуды ксилемы, которые компенсируют закупоренные.

13 последнее время все большее внимание фитоимму-пологов привлекает процесс лигнификации (одревеснения) клеточных оболочек как защитная реакция против фитопатогенов. Лигнин представляет собой гетерополимер трех фенилпропановых производных – кумарилового, копиферилового и синапового спиртов. Предполагается, что в образовании лигнина принимает участие фермент – пероксидаза и перекись водорода.

Известно, что оболочки растительных клеток в основном состоят из целлюлозы, которая образует каркас, погруженный в матрикс из веществ неуглеводной природы. Лигнин, откладывающийся в матриксе, связывается с полисахаридами клеточной стенки с помощью ковалентных связей, придавая оболочке жесткость. Важным свойством лигнина является его устойчивость к микроорганизмам: даже из числа паразитарных лишь немногие (например, дереворазрушающие грибы) могут расщеплять лигнин, да и то достаточно медленно. Поэтому одревесневшие оболочки клеток служат преградой на пути распространения инфекции. Накапливается все больше данных, свидетельствующих о том, что устойчивые растения в ответ на заражение способны лигнифицировать оболочки тех клеток, в которых ранее лигнин отсутствовал. В результате этого вокруг внедряющегося паразита образуется кольцо лигнифицированных клеток, что создает ему враждебное окружение в силу следующих причин:

лигнин повышает механическую прочность оболочек растительных клеток, в результате чего они становятся устойчивыми к проникновению паразита;

лигнин химически связывается с основными компонентами клеточных стенок и поэтому экранирует их от атаки ферментами паразита;

присутствие лигнина в клеточных стенках ограничивает не только распространение токсинов паразита по клеткам растений, но и приток питательных веществ из клеток в структуры паразита;

фенольные предшественники лигнина, так же как свободные радикалы, возникающие при его образовании, являются высоко токсичными для паразита.

И, наконец, последнее – сенсационное сообщение. Оказывается, лигнин, образуемый растением-хозяином, может откладываться в клеточной стенке гиф паразитарных грибов, ограничивая их рост, сковывая и обездвиживая. Более того, хитин – основной компонент клеточных стенок многих паразитарных грибов, с одной стороны, является как бы индуктором процессов лигнификации, т. е. сигналом, оповещающим растение, что лигнификацию следует начинать, а с другой – матриксом, где лигнин и откладывается. На какие только уловки не пускается растение, чтобы выиграть бой.

СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ,

ИЛИ ГИБЕЛЬ ЧАСТИ ВО ИМЯ

СПАСЕНИЯ ЦЕЛОГО

Термин сверхчувствительность (СВЧ), или гиперчувствительность, т. е. повышенная чувствительность, заимствован из медицины. Это воспалительная реакция повышенной интенсивности, возникающая у предварительно сенсибилизированного организма в ответ на повторное введение того же антигена. Различают гиперчувствительность быстрого и замедленного типа. Гиперчувствительность быстрого типа возникает у животного, в крови которого уже имеются антитела на определенный антиген, поэтому его повторное введение вызывает воспалительную реакцию повышенной интенсивности. При гиперчувствительности замедленного типа готовых антител в крови еще нет, но зато есть предварительно сенсибилизированные антигеном лимфоциты, и поэтому повторное введение антигена вызывает воспалительную реакцию, однако не столь быстро возникающую.

СВЧ в фитоиммунологии имеет мало общего с медициной. Эта местная защитная реакция растений, основанная на быстрой локальной гибели части инфицированных, клеток вместе с проникшим в них патогеном. Таким образом, в медицине и фитоиммунологии под одним и тем же термином подразумевают различные явления – СВЧ у растений возникает при первичном контакте с инфекцией, тогда как у человека только в ответ на повторное введение антигена. Это своеобразная жертва частью клеток во имя сохранения целого растения, в результате чего паразит локализуется и погибает. Растение может позволить себе потерять часть своих тканей, группу клеток, лист, часть корней или даже ветвь, но остаться при этом живым, тогда как животное, как правило, не может лишиться ни одного из своих специализированных органов. Тем не менее защитная реакция, основанная на гибели части своих тканей, вряд ли может считаться эволюционно совершенной.

Впервые реакцию СВЧ обнаружил и описал ботаник из Кембриджа Г. Вард еще в 1902 г. Оп заметил, что клетки устойчивых сортов злаков настолько чувствительны к ржавчине, что погибали сразу же после установления физиологического контакта с паразитом. У восприимчивых растений инфицированные клетки оставались живыми, во всяком случае в первый период после заражения, их обмен даже активизировался, а паразит беспрепятственно распространялся по тканям. Хотя явление СВЧ впервые описал Вард, однако сам термин ввел в литературу не он, а американский фитопатолог Э. Стокман спустя 14 лет.

Кажется парадоксальным, что устойчивые растения не поражаются инфекцией именно потому, что они к ней слишком чувствительны. Казалось бы, наоборот, чувствительными должны быть восприимчивые, а не устойчивые растения. Однако именно в силу повышенной чувствительности клетка погибает, а ее гибель влечет за собой гибель проникающего патогена.

Именно благодаря сверхчувствительной реакции растения паразит не может проникнуть дальше, чем в первую или первые несколько клеток хозяина. При совместимом взаимодействии клетки хозяина и находящийся внутри них паразит длительное время сосуществуют, оставаясь живыми.

Реакция СВЧ известна также под названием гиперэргической, некрогенной или абортивной. Абортивной она называется еще и потому, что отмершая часть клеток как бы отторгается от живых механическим барьером из перидермы. При этом некротизированная ткань заключается в капсулу и активно вытесняется здоровыми тканями (рис. 5, см. вклейку).

Чем интенсивнее выражена реакция СВЧ, тем быстрее отмирают инфицированные клетки и, наоборот, чем больше степень совместимости паразита и хозяина, тем дольше они сосуществуют. Так, клетка листа картофеля отмирает уже спустя 30 минут после того, как гифа несовместимой расы возбудителя фитофтороза соприкасается с цитоплазматическим содержимым хозяина. Чем выше степень устойчивости, тем меньшее число клеток отмирает, т. е. тем меньше та жертва, которую приходится платить инфицированному растению за выживание и освобождение от паразита, а самое главное – тем быстрее локализуется инфекция. Иногда это всего лишь одна-две потемневшие клетки, которые удается увидеть только под микроскопом.

Поскольку отмершие клетки спустя некоторое время темнеют или «некротизируются», то наличие потемневших клеток на месте инфицирования долгое время было единственным критерием для того, чтобы судить о том, произошла ли реакция СВЧ или нет. В результате любую гибель клеток, сопровождающуюся их покоричневением, стали объяснять реакцией СВЧ, тогда как причины гибели растительных клеток могут быть самыми различными. Например, гибель клеток под влиянием токсинов некротрофов также в ряде случаев сопровождается покоричневением, однако к СВЧ она никакого отношения не имеет. Мало того, чувствительность клеток к токсину свидетельствует об их восприимчивости, а совсем не об устойчивости. Создается положение, когда слишком широкое использование термина СВЧ отнюдь не способствует прогрессу фитоиммунологии, но, наоборот, даже замедляет его. Более того, мы знаем сейчас о природе СВЧ слишком мало, поскольку ученые до сих пор еще ограничиваются только использованием термина СВЧ, не предпринимая попыток понять ее природу.

Правда, фитоиммунологов давно интересовало, отчего паразит в отмершей клетке прекращает свой рост. Этот вопрос задавал себе еще Вард, глядя в микроскоп на гифы ржавчины, погибающие в некротизированных клетках. Однако, по его собственному признанию, это оказалось выше его понимания. Поскольку реакция СВЧ главным образом защищает растения от биотрофных паразитов, которые могут питаться содержимым живых клеток, то их гибель должна приводить к голодной смерти паразита. Однако вскоре стало ясным, что голодание не является основной причиной гибели паразита. Если стать на точку зрения, что паразит внутри отмершей клетки погибает голодной смертью, то гибель растительной клетки должна вызывать последующую гибель паразита. Однако это происходит далеко не всегда, т. е. гибели паразита, как правило, предшествует гибель клетки, но совсем не всякая гибель клетки приводит к гибели в ней паразита. Это заставляло задуматься, не определяется ли гибель паразита накоплением в некротизированных клетках токсических соединений. Ведь не всякая гибель клетки сопровождается образованием таких ингибиторов. Иными словами, бывает токсический некроз, приводящий паразита к гибели, а бывает нетоксический, при котором паразит продолжает жить.

Собственно, вопрос о том, как быстро погибает паразит в некротизированной клетке и всегда ли он погибает, до сих пор еще не слишком ясен. Важно то, что развитие паразита локализуется, и в силу этого он не способен к дальнейшему размножению. Поэтому главный смысл защитной реакции – СВЧ состоит не в уничтожении паразита, а в лишении его возможности спороносить.

В этой главе мы намеревались познакомить читателя только лишь с внешним проявлением столь своеобразной защитной реакции растений, какой является СВЧ, не касаясь механизмов ее сущности. Фактически при этом мы не исказили положения вещей, поскольку явление СВЧ до сих пор еще является загадкой для фитоиммунологов. Неужели растения, поражающие нас своим эволюционным совершенством, научившиеся усваивать углерод атмосферы с невиданно высоким КПД, не сумели выработать ничего лучшего, чем жертвовать частью своих клеток для того, чтобы избежать инфекций? Но так ли это на самом деле? Мы еще не раз вернемся к СВЧ в свете новых данных и попробуем показать, что подобная жертва не является столь уж бессмысленной и эволюционно несовершенной.

ИММОБИЛИЗАЦИЯ ПАТОГЕНА

В латинском словаре слово «immobilis» означает «неподвижный». Устойчивое растение обездвиживает паразита, который пытается в пего проникнуть. Прорастающие споры паразита склеиваются между собой, кончик гиф грибов перестает расти, а бактериальные клетки приковываются к клеточным оболочкам растения и постепенно теряют жизнеспособность. Как это происходит? Исследования последних лет свидетельствуют о том, что свойством обездвиживать патогенов обладают особые вещества, получившие название лектинов.

Лектины – белковые соединения, которые избирательно связывают углеводы, не вызывая при этом их химического превращения. Избирательность их взаимодействия с углеводами подчеркивается самим термином «лектин» (от латинского legere – выбирать).

Все разнообразие функциональных свойств лектинов связано с их способностью связывать различные углеводные группировки, которыми могут быть как свободные моно– и олигосахара, так и углеводные остатки в составе высокомолекулярных гликопротеидов, гликолипидов и полисахаридов. Поскольку в молекуле лектина находится не менее двух участков связывания углеводов, то лектины способны агглютинировать (агрегировать, группировать, склеивать) между собой живые клетки, в том числе и эритроциты. При этом один участок связывания в молекуле лектина прикрепляется к одной клетке, а второй – к другой.

Примерно 100 лет назад в составе бобов клещевины было найдено вещество (лектин), вызывающее агглютинацию эритроцитов и их гемолиз. С тех пор и до 1965 г. было получено только 3 изолированных лектина: рицин из семян клещевины, конканавалин А из семян конкава-валии мечевидной и лектин из фасоли. Поскольку на первых этапах все лектины были выделены только из тканей растений, они получили название фитоагглютининов. Впоследствии, когда стало ясным, что лектины присутствуют почти у всех организмов – от бактерий до млекопитающих, название лектины постепенно вытеснило фитоагглютинины.

К настоящему времени известно не менее 100 лектинов, полученных в чистом виде. Исследование лектинов стало модным направлением в науке. Ежегодно им посвящается большое число экспериментальных сообщений и обзоров. Появилась даже новая наука – лектинология.

Из числа всех обследованных растений, а их более 3000 видов, лектины найдены примерно у 1000. Практически в каждом семействе растений обнаружены представители, содержащие лектины.

Каких-либо структурных особенностей, характерных для лектинов, не существует. Большинство из них представляют собой гликопротеины с молекулярной массой от 25 000 до 400 000, но есть и исключения. Таким образом, лектины – достаточно гетерогенная группа веществ, объединенная лишь общим функциональным свойством.

Различные группы лектинов связывают различные углеводные группировки. На этом основании лектины разделяют на 6 классов. Одни из них связывают D-маннозу или D-глюкозу, другие N-ацетил-D-глюкозамин, третьи – N-ацетил-D-галактозамин, четвертые – D-галактозу и т. д. Избирательность связывания углеводов лектинами в какой-то мере напоминает реакцию антиген-антитело. Однако антитела обладают значительно более высокой специфичностью, при взаимодействии их с антигенами образуются уникальные структуры. Что касается лектинов, то один и тот же лектин может связываться со многими веществами, лишь бы они содержали одну и ту же углеводную группировку. К тому же сродство антител к антигену на несколько порядков выше, чем у лектинов.

Основным тестом для определения лектинов является агглютинация эритроцитов, поскольку на поверхности последних находится широкий набор углеводов, принадлежащий гликопротеидам и гликолипидам. Последние ориентированы таким образом, что направляют свои углеводные группы к внешней поверхности эритроцита, образуя своеобразный углеводный чехол.

Поскольку каждый лектин связывается с определенным углеводом, то добавление извне такого же углевода препятствует связыванию и соответственно предотвращает агглютинацию эритроцитов. Такие моносахара (или олигосахара), блокирующие активные центры лектинов, получили название гаптенов.

В настоящее время лектины успешно используются как инструменты для исследования поверхности клеток и биологических мембран. Особенно перспективным является исследование физиологической функции лектинов. Предполагается, что лектины участвуют в транспорте и накоплении углеводов в растениях, запасании веществ в семенах, процессах клеточного деления, распознавании пестиком типа пыльцы и других процессах. Однако особо важная роль принадлежит лектинам в процессах узнавания и взаимодействия клеток. Именно на этом свойстве и основана защитная роль лектинов в растениях, способных иммобилизовывать фитопатогены.

Иммобилизация может быть нескольких типов, например склеивание между собой проросших и непроросших спор фитопатогенных грибов или клеток бактерий. Так, лектины, выделенные из батата, вызывают слипание спор возбудителя черной гнили; лектин картофеля агглютинирует споры и цисты возбудителя фитофтороза, бактериальные клетки Pseudomonas solanacearum. Естественно, что склеенные клетки и споры не могут прорастать и распространяться и, следовательно, теряют свою вредоносность.

Предположим, споры паразита попадают на пораненный участок растительной ткани. Лектины, присутствующие в растительном соке, выступившем на месте поранения, агглютинируют их и тем самым спасают растение от заражения.

Однако тут есть одна существенная деталь. Дело в том, что лектины растения, как правило, способны склеивать клетки и споры только тех форм патогенов, к которым данное растение устойчиво. Так, лектины батата агглютинируют споры штаммов черной гнили, выделенных из растений кофе, сливы, какао, дуба, лимона, но не из батата. Лектин картофеля агглютинирует 34 авирулентных штамма Р. solanacearum, но не склеивает ни одного из 55 вирулентных. Лектин кукурузы агглютинирует 16 штаммов Erwinia sp., которые авирулентны или слабо вирулентны к кукурузе, и почти не склеивает клетки вирулентных штаммов.

Оказалось, что у вирулентных штаммов бактерий имеются вещества, препятствующие их агглютинации лектинами своего растения-хозяина. Это особого рода экстрацеллюлярная слизь, которая выделяется патогенными штаммами бактерий, окружает их чехлом и препятствует доступу лектинов к поверхности.

Собственно, логично, что вирулентные штаммы патогенов не попадают в лектиновую ловушку своего растения-хозяина. Ведь если бы они в нее попадали, то восприимчивых растений бы не существовало.

Вторым способом обездвиживания патогена является способность лектинов связывать кончик растущей гифы паразитарных грибов. Оказалось, что лектин прорастающих семян пшеницы связывается с гифами паразитарных грибов, оболочки которых состоят из полимера N-ацетил-D-глюкозамина – хитина. Лектин прикрепляется к N-ацетил-В-глюкозамину, образуя поперечные связи между цепями хитина в оболочке грибов. Интересно, что лектин связывает хитин на копчике гиф гриба, поскольку это единственное место, где хитин находится на их поверхности, так как по всей длине гифы, кроме кончика, хитин сверху покрыт слоем глюкана и, следовательно, не доступен для лектина. Но именно кончик гифы – ее наиболее ответственный участок. Здесь формируется новая клеточная стенка, синтезируются новые молекулы хитина, т. е. гифа растет на конце. Растение безошибочно находит наиболее уязвимое место у фитопатогена. Связывая цепи хитина на кончике гифы, лектин растения тем самым прекращает рост паразита.

Весьма возможно, что пшеница таким способом предохраняет свои прорастающие семена от поражения теми паразитарными микроорганизмами, на поверхности которых находится хитин (а таких патогенов чрезвычайно много). Точно так же можно предположить, что лектины семян, обладающих сродством к иным углеводам (например, глюкозе), могут стоять на страже процесса прорастания, охраняя семена от паразитов, оболочки которых состоят из глюканов. Недаром содержание лектинов в семенах настолько высоко, что вызывает удивление» исследователей.

Третьим способом иммобилизации патогенов с помощью лектинов является возможность связывания ими клеток авирулентных штаммов бактерий в сосудах флоэмы, по которым некоторые бактерии (Erwinia amylovorа) распространяются. Возможно, что лектины участвуют в иммобилизации паразита и при других сосудистых заболеваниях.

И, наконец, наиболее впечатляющими работами по иммобилизации бактерий являются исследования американского бактериолога Л. Секвейра. Он последовательно, этап за этапом на протяжении многих лет изучал поведение бактерий Р. solanacearum в тканях табака и картофеля, постепенно раскрывая тайны их взаимоотношений. Большинство фитопатогенных бактерий развивается в межклеточном пространстве растений за счет веществ, выделяемых клетками через плазмалемму и клеточную стенку.

Все началось с наблюдения, что сапрофитные бактерии, либо бактерии, авирулентные к табаку, либо, наконец, вирулентные бактерии, но предварительно убитые нагреванием, после введения в ткани табака как бы окутывались каким-то веществом и прикреплялись снаружи к клеточным стенкам. Клетки, к стенкам которых бактерии прикреплялись, погибали в процессе реакции СВЧ. Если же в ткани вводились живые вирулентные бактерии, ничего подобного не происходило – бактерии быстро развивались в межклеточном пространстве, не вызывая СВЧ-гибели растительных клеток.

Под электронным микроскопом удалось увидеть, что стенка клетки в том месте, где к ней прикрепляется бактерия, сильно изменена, а пленка, окружающая бактерию, как бы выходит из места повреждения клеточной оболочки.

События, предшествующие прикреплению бактерии, развивались следующим образом. На внутренней стороне клеточной стенки, как раз там, где находится бактерия, начинали скапливаться пузырьки (везикулы), которые, по всей вероятности, и транспортируют обволакивающий бактерию материал. Бактериальные клетки как бы попадают в ловушку, которая захлопывается. Разве это не напоминает лист росянки, покрытой капельками слизи, к которым прилипают невезучая муха или комар, которые потом с помощью ресничек притягиваются к поверхности листа?

Удалось показать, что прикрепление бактерии к клеточной стенке происходит с помощью лектина растения. Лектин табака и картофеля связывается с N-ацетил-D-глюкозамином, который присутствует в большинство оболочек грибов и бактерий. В случае Р. solanacearum лектин прикрепляется к липополисахариду, который находится на наружной мембране бактерий.

По-видимому, на иммобилизованную бактерию начинают затем воздействовать ингибиторы, поступающие из погибшей клетки. Ведь легче попасть в неподвижную мишень, чем в движущуюся. К тому же в месте прикрепления бактерии проще создать локальную токсичную концентрацию ингибиторов.

Иммобилизация бактерий на клеточной стенке растения, помимо ее обездвиживания, преследует и другую не менее важную цель – распознавание клеткой растения чужеродного начала в лице проникающего патогена. Обволакивание и прикрепление бактерий служит обязательным этапом в распознавании. Однако эта тема специальной главы, которую вам еще предстоит прочесть.