научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СРЕДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБА RHIZOCTONIA SOLANI НА СЕКРЕЦИЮ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СРЕДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБА RHIZOCTONIA SOLANI НА СЕКРЕЦИЮ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2010, том 46, № 3, с. 355-362

УДК 577.156

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СРЕДЫ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБА Rhizoctonia solani НА СЕКРЕЦИЮ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ

© 2010 г. Н. Н. Кудрявцева, Е. Л. Гвоздева, А. В. Софьин, Т. А. Валуева

Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, Москва, 119071 e-mail: valueva@inbi.ras.ru Поступила в редакцию 07.08.2009 г.

Изменение состава среды выращивания фитопатогенного гриба Rhizoctonia solani Kühn, особенно доступных источников питания, приводило к изменению не только количества продуцируемых протеиназ, но и их природы и специфичности действия. Минеральный источник азота подавлял секрецию протеиназ у гриба, культивируемого на среде, содержащей термостабильные белки картофеля, а органический источник азота наряду с ускорением роста мицелия повышал их секрецию. На основании анализа субстратной специфичности внеклеточных протеиназ гриба установлено, что присутствие в культуральной среде термостабильных белков картофеля индуцировало секрецию преимущественно трипсиноподобных протеиназ, а добавление к ним белков дрожжевого экстракта — субтилизиноподобных, подавляя при этом продукцию трипсиноподобных ферментов. По-видимому, в среде, обогащенной органическим источником азота, мицелиальный гриб R. solani утрачивает патогенные свойства и становится сапрофитом.

Среди биотических стрессовых факторов, оказывающих влияние на формирование урожая и качественные характеристики сельскохозяйственной продукции, особое место занимают корневые и прикорневые гнили [1], разрушающие мягкие па-ренхимные ткани проростков, что приводит к гибели или снижению адаптивной устойчивости растений к стрессовым факторам [2, 3].

Многие виды грибов Rhizoctonia вызывают заболевания таких экономически важных культур как зерновые, хлопчатник, сахарная свекла, картофель и другие овощные, а также полевых и декоративных растений, плодовых и лесных деревьев [4]. Вследствие заражения грибом Rhizoctonia solani Kühn (семейство Corticiaceae) ежегодная потеря мирового урожая составляет до 20%. Так, при риз-октониозе, распространенном в основных районах выращивания различных сортов картофеля, поражение клубней достигает от 11 до 81%.

Грибы вида Rhizoctonia, относящиеся к группе базидиомицетов (Basidiomycota) и обладающие как фитопатогенной, так и сапрофитной активностью, не образуют асексуальных спор, а растут тонкими вегетативными гифами. По количеству ядер, присутствующих в клетках гиф, эти микроорганизмы разделяют на две группы: бинуклеар-ные и мультинуклеарные [5]. К последней группе относится и R. solani Kühn (AG—3), широко распространенный среди грибов почвенной экосистемы.

Rhizoctonia spp. интересны, в первую очередь, тем, что процесс их видообразования еще не за-

вершен. Предковые штаммы микроорганизма встречаются в целинных почвах и могут скрещиваться с другими штаммами—потомками, которые стали высокоспециализированными паразитами различных сельскохозяйственных культур и уже не способны скрещиваться друг с другом [6]. Эти грибы могут не только действовать как патогены, но и вступать в симбиотические отношения с растениями [7]. При изучении биологических особенностей изолятов Rhizoctonia spp. было показано, что они различаются, как по морфологическим и фитотоксическим свойствам, так и скорости роста при различных температурах [8].

При заражении фитопатогенные грибы продуцируют ряд гидролитических ферментов (в основном протеолитические и карбогидразы). Учитывая специфический осмотрофический тип питания этих грибов можно рассматривать секрецию ими протеиназ как жизненно необходимую, поскольку, с одной стороны, экстрацеллюлярные протеина-зы гидролизуют белки из окружающей среды, делая их доступными для питания, а с другой — участвуют в процессах патогенеза, обеспечивая проникновение патогена в ткани растения-хозяина. Этот набор продуцируемых ферментов определяется экологической нишей обитания грибов, природой деградируемых тканей растения и способом извлечения питательных веществ [9], строго контролируется либо путем индукции их синтеза и секреции, либо катаболитной репрессией этих процессов и зависит от ряда факторов окружающей среды, и в первую очередь от значения

355

7*

рН почвы [10]. Например, у сапрофита Aspergillus nidulans регулируемая pH экспрессия гидролитических ферментов контролируется, по крайней мере, семью генами [11]. Из них ген pacC кодирует транскрипционный фактор, который активируется протеолитическими ферментами при щелочных значениях рН. Этот фактор индуцирует гены, экспрессирующие щелочные протеиназы, и репрессирует гены, экспрессирующие кислые протеиназы. Остальные шесть генов (palA, B, C, F, H, и I) являются компонентами трансдукции, которая также зависит от рН окружающей среды. В работе [12] было высказано предположение, что эта генетическая система строго консервативна у грибов-сапрофитов. Однако ген, гомологичный pacC, был обнаружен у фитопатогена, волокнистого гриба Sclerotinia sclerotiorum [13]. Предполагают, что кислые протеиназы участвуют в обеспечении микроорганизма питанием из окружающей среды и секретируются только при низких значениях рН [14], тогда как изменение рН среды на щелочные значения может служить физиологическим сигналом, запускающим синтез и секрецию некоторых щелочных протеиназ [15, 16].

Известно, что микроорганизмы продуцируют протеолитические ферменты в ответ на истощение в среде легко доступных питательных веществ, вследствие чего, по-видимому, может снижаться катаболитная репрессия и активироваться синтез и секреция экзоферментов, например, по механизму субстрат-специфичной индукции [17, 18].

Ранее было показано, что при культивировании в среде, содержащей термостабильные белки картофеля, фитопатогенный гриб R. solani секре-тировал внеклеточные протеиназы с оптимумом действия в области слабощелочных значений рН [19]. Эти ферменты, охарактеризованные по субстратной специфичности и результатам ингиби-торного анализа, содержали в основном, трипси-ноподобные сериновые протеиназы.

Цель работы — изучение влияния компонентов среды на секрецию фитопатогенным грибом R.. solani внеклеточных протеиназ и их состав.

МЕТОДИКА

В работе использовали культуру фитопатоген-ного гриба R. solani Kühn (AG-3) изолят 153, полученную из Научно-практического центра по картофелеводству и плодоовощеводству НАН Беларуси. Гриб выращивали на овсяно-агаровой среде. В культуральную среду вносили растворимые термостабильные белки, которые получали при кипячении измельченных клубней картофеля в воде (100 г/л) в течение 1 ч и последующего фильтрования через ватный фильтр. К 1 л фильтрата добавляли (г): КН2Р04 -1.5, MgSO4 • 7Н20 - 0.25, FeSO4 • 7Н20 — 0.01, тиамин — 0.01 и рибофлавин —

0.01 (среда I). Для приготовления среды II к тем же компонентам добавляли дрожжевой экстракт (0.05%), являющийся богатым источником питательных веществ, в частности, азота.

Инфицирование культуральной среды проводили в колбах Эрленмейера (500 мл), внося 10 мл суспензии мицелия в дистиллированной воде в 250 мл культуральной жидкости (КЖ). Для выделения экзопротеиназ использовали КЖ на 12 (среда I) и 9 (среда II) сут выращивания культуры.

Частичную очистку экзопротеиназ проводили осаждением белков КЖ либо ^Н4)^04 с конечной концентрацией 80%, либо ацетоном, охлажденным до —20°С (объемное соотношение КЖ-ацетон равно 1 : 2). Осадок отделяли центрифугированием при 10000 % в течение 30 мин, растворяли в деионизованной воде и лиофильно высушивали.

Для высокоэффективной гель-хроматографии (ВЭГХ) использовали колонку (300 х 7.8 мм) Вю-Sep-SEC-S2000 ("РИепошепех", США) и жидкостной хроматограф Стайер ("Аквилон", Россия). Сорбент уравновешивали 0.05 М К-фосфатным буфером, рН 7.0, содержащим 0.5 М КС1. Элюцию проводили тем же буфером (скорость 1 мл/мин).

Протеолитическую активность ферментов определяли при 37°С, используя в качестве субстрата 0.5%-ный азоказеин в 0.1 М трис-НС1-буфере, рН 7.5 [20]. За единицу протеолитической активности (Е) принимали количество фермента, которое вызывало увеличение на 0.1 за 1 мин оптической плотности D366 супернатанта после осаждения инкубационной смеси ТХУ.

Амидазную активность ферментов определяли по методу [21], используя я-нитроанилиды: ^а-бензо-ил-DL-aргининa (БАПА), ^карбобензокси^-ала-нил^-аланил^-лейцина (КбзААЛПА), ^сукци-нил-глицил-глицил^-фенилаланина (СукГГФПА). Концентрация субстрата в реакционной смеси составляла 0.5 мМ. За единицу амидазной активности (АЕ) принимали количество фермента, которое гид-ролизует 1 нмоль субстрата за 1 мин.

Электрофорез в 20%-ном ПААГ в присутствии ДДС-№ и р-меркаптоэтанола (ДДС-ПААГ) проводили по методу Лэммли [22]. Гели окрашивали 0,1%-ным раствором Кумасси R-250 в 20%-ном этаноле, содержащем 5% формальдегида.

Для получения зимограмм ДДС-ПААГ-элек-трофорез проводили в присутствии сополимери-зованного субстрата (0.1% желатины) по методу [23]. Препараты наносили без предварительного прогревания. По окончании электрофореза гели промывали 2.5%-ным раствором тритона Х-100 при интенсивном перемешивании, ополаскивали 0.1 М глицин-№ОН-буфером, рН 7.8, и инкубировали в том же буфере в течение ночи при комнатной температуре. Гели окрашивали 0.1%-ным раствором амидочерного в смеси этанол—уксусная кислота—вода (3 : 1 : 6) в течение 1 ч и отмы-

вали тем же раствором без красителя. Белки, обладающие протеолитической активностью, обнаруживали как бесцветные полосы на синем фоне окрашенной желатины.

Содержание белка определяли по модифицированному методу Брэдфорд, используя в качестве стандарта БСА [24].

В работе использовали азоказеин производства Вильнюсского завода ферментных препаратов (Литва), СукГГФПА и КбзААЛПА ("Serva", Германия), БАПА "Fluka" (Швейцария), набор белков-маркеров для ПААГ-электрофореза (LMW Calibration Kit) "Pharmacia", Швеция), набор белков-маркеров для гель-хроматографии (LMW Colibration Kit) - фирмы "Phenomenex" (США).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В нашей предыдущей работе [19] было показано, что при росте на среде, содержащей термостабильные белки картофеля (среда I), фитопатоген-ный гриб R. solani продуц

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