Cum își folosește ciuperca mălurii porumbului enzimele plantei pentru a-și detecta intrarea în țesut
Infectarea unei plante de porumb nu este o sarcină simplă pentru o ciupercă patogenă precum Ustilago maydis. Un grup de cercetători condus de Universitatea Heinrich Heine din Düsseldorf a descoperit modul în care ciuperca detectează că a pătruns cu succes în gazdă, iar acest semnal declanșează schimbări în creșterea fungică. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications.
Ustilago maydis infectează plantele de porumb și provoacă mălura porumbului, boală care produce gale mari, în special pe știuleți, în care ciuperca formează spori. Dr. Florian Altegoer conduce un grup de cercetare la Institutul de Microbiologie al universității, care investighează mecanismele din spatele infecției fungice. Pentru a declanșa infecția, ciuperca trebuie să penetreze țesutul vegetal și să manipuleze creșterea gazdei. De asemenea, trebuie să recunoască momentul în care a ajuns în mediul din interiorul plantei, astfel încât să-și poată ajusta fiziologia și să înceapă proliferarea.
În centrul studiului se află Gpe1, un receptor situat în membrana celulară a ciupercii. Gpe1 aparține familiei proteinelor cunoscute drept receptori cuplați la proteine G (GPCR). Acești receptori au fost studiați extensiv la oameni și sunt ținte importante pentru multe medicamente, însă despre funcțiile lor la ciuperci se știe mult mai puțin. „Am identificat un GPCR fungic necunoscut până acum și am descoperit un mecanism neobișnuit prin care acesta este activat”, spune Altegoer.
În timpul infecției, ciuperca secretă proteina Pit2 în mediul imediat înconjurător. În interiorul proteinei Pit2 este ascuns un peptid scurt. Odată ce ciuperca pătrunde în țesutul plantei, enzimele vegetale clivează Pit2 și eliberează peptidul, care activează apoi Gpe1. „Ciuperca utilizează astfel, ironic, enzimele plantei gazdă pentru a detecta că a intrat cu succes în țesut”, spune Gabriel Mendoza-Rojas, membru al grupului lui Altegoer și primul autor al studiului. „Acest lucru se reflectă și în structura moleculară a materialului înconjurător: peptidul este ascuns în interiorul proteinei Pit2, ca o comoară într-un cufăr pe care doar enzimele plantei îl pot deschide. Însă deschiderea acestui cufăr seamănă mai degrabă cu deschiderea cutiei Pandorei: eliberează un semnal care avantajează ciuperca în detrimentul plantei.”
Activarea receptorului Gpe1 favorizează proliferarea fungică. Cercetătorii au constatat că ciclul celular al ciupercii devine semnificativ mai scurt. De asemenea, au observat producția proteinei Clp1, un regulator al ciclului celular asociat cu reluarea diviziunii celulare fungice după intrarea în gazdă. „Lucrarea noastră stabilește o legătură mecanicistă între detectarea mediului gazdă și reluarea proliferării fungice după intrare”, spune Altegoer.
Sistemul este remarcabil și din punct de vedere evolutiv. Cercetătorii au găsit indicii că Gpe1 și Pit2 au coevoluat, întrucât receptorul și proteina de semnalizare par a fi strâns coordonate. Echipa intenționează acum să investigheze cât de răspândite sunt sistemele de semnalizare similare în rândul ciupercilor. „Vrem să aflăm dacă alte ciuperci folosesc receptori comparabili pentru a-și detecta mediul înconjurător și pentru a-și ajusta creșterea”, spune Altegoer.
Descoperirile ar putea avea implicații mai largi, deoarece GPCR-urile reprezintă o familie importantă de proteine de semnalizare celulară. Pe termen lung, o mai bună înțelegere a GPCR-urilor fungice ar putea dezvălui noi modalități de a influența selectiv creșterea ciupercilor patogene. Receptorii sunt proteine care recunosc molecule specifice numite liganzi. Siturile lor de legare sunt potrivite cu precizie și sunt adesea comparate cu niște încuietori care se potrivesc doar cu anumite chei. Atunci când un ligand se leagă, receptorul declanșează un semnal definit în interiorul celulei, care poate regla alte procese.
La studiu au participat și cercetători de la Universitatea din Göttingen, Universitatea de Stat din Carolina de Nord și Imperial College London.
