научная статья по теме ЭНДОФИТНЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ ГРИБЫ В ЗАПАСАЮЩИХ ТКАНЯХ РАСТЕНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ЭНДОФИТНЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ ГРИБЫ В ЗАПАСАЮЩИХ ТКАНЯХ РАСТЕНИЙ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2010, № 1, с. 34-43

МИКРОБИОЛОГИЯ

УДК 641.46:582.23.017.64

ЭНДОФИТНЫЕ ДРОЖЖЕВЫЕ ГРИБЫ В ЗАПАСАЮЩИХ ТКАНЯХ РАСТЕНИЙ

© 2010 г. О. В. Исаева, А. М. Глушакова, С. А. Гарбуз, А. В. Качалкин, И. Ю. Чернов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, 119998 Москва, Ленинские горы E-mail: soilyeast@mail.ru Поступила в редакцию 31.03.2009 г.

Обнаружено, что растительные ткани с запасающими функциями — сочные сахаросодержащие плоды, подземные метаморфизированные органы (корнеплоды, клубни и т.п.), крахмалсодержащие семядоли — практически всегда содержат дрожжи, способные к активному размножению в этих тканях без их видимых повреждений. Дрожжевые клетки в запасающих тканях располагаются как в межклеточном пространстве, так и внутри растительных клеток. В тканях сочных плодов эндофит-ные дрожжи представлены теми же видами, что и эпифитные, с доминированием филобазидиевых криптококков и аскомицетов из родов Hanseniaspora и Metschnikowia. В подземных органах преимущественное развитие получают краснопигментированные базидиомицетовые дрожжи рода Rhodotorula. Для крахмалсодержащих запасающих тканей семян характерно избирательное развитие одного вида Candida railenensis. Полученные результаты корректируют сложившиеся представления об особенностях распространения дрожжевых грибов в природных местообитаниях и позволяют рассматривать внутренние запасающие ткани растений как новую интересную модель для исследования коэволюционирующих микробно-растительных ассоциаций.

Термин "эндофит" в самом широком его понимании означает любой организм, развивающийся во внутренних тканях растений. Однако в последнее время собственно эндофитными часто называют бактерии и грибы, присутствие которых в растительных тканях бессимптомно и не сопровождается какими-либо патологическими изменениями растений (Schulz, Boyle, 2005). Такие ассоциации оказываются ближе к мутуализму, чем к паразитизму (Kogel et al., 2006). Растение обеспечивает гриб питанием и стабильной средой обитания. В свою очередь, вторичные метаболиты, выделяемые грибом, защищают растение от фитопатогенов и фитофагов. Показано, что эндофитные грибы могут увеличивать устойчивость растений к болезням и неблагоприятным условиям (Arachevaleta et al., 1989; Гель-цер, 1990; Bush et al., 1997; Благовещенская, 2006).

Считается, что способность грибов к эндофит-ному развитию возникла в связи с переходом растений к наземному образу жизни (Каратыгин, 1993), и представляет собой реализацию стратегии избегания негативного влияния факторов окружающей среды, прежде всего, солнечной радиации и иссушения. Постоянное или временное развитие микроорганизмов в относительно стабильных и богатых необходимыми питательными веществами условиях внутри тканей растений рассматривается как следствие их длительной коэволюции (Hirano, Upper, 2000).

В последнее время изучению эндофитных грибов уделяется все большее внимание (Cao et al.,

2002; Müller, Krauss, 2005; Santamaria, Bayman, 2005; Jordaanb et al, 2006). Особенно это касается значимых для сельского хозяйства растений, относящихся к семейству злаковых, в связи с изменением их кормовой ценности в присутствии эндофитов (Благовещенская, 2006). Значительно меньше известно о способности дрожжевых грибов к эндофитному росту, хотя именно дрожжи относятся к числу наиболее типичных эпифитных микроорганизмов, обитающих на поверхности различных частей растений в качестве эккрисотрофов. В очень немногих работах, посвященных исследованию природных ассоциаций дрожжей и растений, уделяется отдельное внимание поиску дрожжевых грибов не только на поверхности растений, но во внутренних тканях. Среди дрожжей, которые, возможно, способны вести эндофитный образ жизни, упоминаются виды как аскомицетовые, так и базидиомицетовые. Так, известны случаи выделения базидиомицетовых дрожжей Rhodotorula minuta из ксилемы сосны (Pirt-tila et al., 2003; Zhao et al., 2002). Аскомицетовые дрожжи Williopsis saturnus были обнаружены в корнях кукурузы, причем предполагается, что их способность продуцировать ауксин стимулирует ускорение роста растения (Nassar et al., 2005). Показано, что многие виды аскомицетовых дрожжей обнаруживаются во внутренних тканях сочных плодов, например в винограде (Gognies et al., 2001).

Дрожжи в целом относятся к типичным копио-трофам, для роста и размножения которых требуется относительно высокая концентрация легкодо-

ступных соединений. В отличие от мицелиальных грибов одноклеточные дрожжи не способны распространяться за счет апикального роста по межклеточному пространству. Однако дрожжевые клетки могут попадать внутрь растения через устьичные аппараты, гидатоды, механические микроповреждения кутикулы и эпидермы. Некоторые виды дрожжей обладают липолитической и пектиноли-тической активностью, что может позволить дрожжевым клеткам проникать во внутренние ткани с поверхности в результате локального разрушения кутикулы.

Учитывая эти особенности можно предположить, что эндофитные дрожжи должны наиболее активно развиваться лишь в тех частях растений, которые характеризуются неплотным сложением и высокой концентрацией простых сахаров. К таким растительным субстратам относятся сочные плоды, корнеплоды, клубни, другие подземные метамор-физированные органы, а также запасающие части семян в период созревания и прорастания. Микро-аэрофильные условия внутри запасающих растительных тканей могут способствовать росту дрожжевых грибов, многие из которых способны к брожению.

Систематических исследований эндофитных дрожжей до настоящего времени не проводилось. Все имеющиеся данные носят отрывочный характер. Однако знание масштабов распространения и особенностей биологии эндофитных дрожжей важно не только для более полного представления об особенностях экологии этой группы грибов, но и в практическом аспекте, в связи с такими проблемами, как хранение и качество плодов, биоконтроль фитопатогенов.

В связи с этим авторами в последние годы была предпринята попытка оценки распространения и видового разнообразия дрожжевых грибов в запасающих тканях плодов, семян, корней, корневых и стеблевых метаморфозах различных диких и культурных растений. Цель настоящей работы — оценить масштабы такого явления, как эндофитное развитие дрожжей в запасающих тканях растений, выявить их таксономическое разнообразие, изучить особенности динамики численности и видового состава.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования проводили в летний и осенний периоды: с 2003 г. по 2008 г. в национальном парке Лосиный остров, Измайловском парке на территории Москвы, в окрестностях деревни Бурцево Шаховского р-на Московской обл., а также вблизи станции Лобня Мытищенского р-на Московской обл.

В качестве объектов исследования были выбраны 29 видов растений (табл. 1), включающие типичные лесные и луговые виды, а также культурные растения приусадебных участков. Выбранные рас-

тения являются представителями разных жизненных форм и филогенетических групп, и характеризуются сильно различающимися типами онтогенеза. Объектами для анализов служили растительные субстраты с высокой концентрацией углеводов: сочные плоды, крахмалсодержащие семядоли, а также подземные вегетативные метаморфозы с запасающей функцией. Всего было исследовано 550 образцов (в среднем 20—25 образцов каждого вида растений).

Обработку образцов проводили непосредственно в день сбора или в течение ближайших 2—3 сут. Поверхность всех субстратов тщательно промывали водой и обрабатывали спиртом. Затем удаляли покровные ткани стерильным скальпелем. Участки внутренних запасающих тканей вырезали, измельчали и заливали стерильной водой в соотношении 1: 50. Полученную суспензию обрабатывали на вор-тексе в течение 10 мин и высевали на подкисленную 40% молочной кислотой (4 мл/л) глюкозо-пептон-ную среду (глюкоза 20 г/л, пептон 10 г/л, дрожжевой экстракт 5 г/л) в трехкратной повторности. Параллельно анализировали эпифитные дрожжевые сообщества каждого из исследованных субстратов. Для этого покровные ткани анализируемых объектов срезали или соскабливали скальпелем, заливали стерильной водой в соотношении 1 : 50 и высевали на ту же среду.

Посевы инкубировали при комнатной температуре 5—7 сут. Выросшие колонии дрожжей разделяли на морфологические типы с помощью бинокулярной лупы. В чистую культуру выделяли не менее 3 колоний каждого типа. Чистые культуры идентифицировали по стандартному набору морфологических и физиологических признаков (Kurtzman, Fell, 1998) с использованием расширенного физиологического спектра (Fonseca et al., 2000).

Для трудно идентифицируемых видов проводили секвенирование D1D2 региона 26S рДНК. Анализ нуклеотидных последовательностей проводили по схеме, описанной ранее (Sampaio et al., 2001), используя для амплификации праймеры lr0 (5'-ACCCGCTGAACTTAAGC-3') и lr6 (5'-CGC-CAGTTCTGCTTACC- 3'). Очистку продукта поли-меразной цепной реакции проводили с использованием набора Wizard® SV Gel and PCR Clean-Up System (Promega, США). Для секвенирования использовали праймер lr0. Секвенирование ДНК проводили с помощью набора реактивов ABI PRISM® BigDye™ Terminator v. 3.1 (США) с последующим анализом продуктов реакции на автоматическом секвенаторе ДНК ABI PRISM 3730 Applied Biosystems (США) в Межинститутском Центре коллективного пользования "ГЕНОМ" (Москва). Идентификацию по полученным хро-матограммам проводили, используя данные ген-банка NCBI (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/).

Для визуализации эндофитных дрожжей делали срезы тканей. Препараты окрашивали 0.1%-ным

Таблица 1. Характеристика исследованных субстратов

Вид растения Исследованный орган Место произрастания

Allium сера L. (лук) Луковицы Приусадебный участок

Anthriscus sylvestris L. (купырь) Запасающие корни Лес

Arctium tomentosum Mill. (лопух) » Лес

Armoracia rusticana Gaertn., B. Mey. et Schreb. (хрен) » Приусадебный участок

Aronia melanocarpa (Michx.) Elliot (арония) Плоды »

Beta vulgaris L. (свекла) Корнеплоды Приусадебный участок

Cichorium intybus L. (цикорий) Корневища Луг

Crataegus oxyacantha L. (боярышник) Плоды Лес

Cuc

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком