گیاهپزشکی110

مقدمه:

قارچ های بیماریزا در گیاهان از راه ها ووسایل مختلفی (قابلیت جذب شدن به سمت ماده شیمیایی و ...)برای شناسایی گیاه میزبان و اتصال به آن استفاده می کنند. بسته به اینکه قارچ ها از راه زخم ها، روزنه ها و یا به روش نفوذ یا رخنه مستقیم وارد گیاه شوند، ممکن است نیاز به تجزیه کردن کوتیکول و دیوارۀ سلولی ونیز  تولید ساختمان های خاصی از قبیل چنگک برای این کار داشته باشند. با وارد شدن به درون گیاه، قارچ ممکن است بدون اینکه سلول های میزبان را بکشد، مواد غذایی مورد نیاز از گیاه کسب کند(بیوتروف، زیواپرور) ، ممکن است با تولید توکسین، سلول های میزبان را کشته و از مواد موجود درسلول های مرده تغذیه کند(مرده پرور، نکروتروف) و یا ممکن است در مراحل اولیه آلودگی به شکل زیواپرور و در مراحل بعدی به صورت مرده پرور، تغذیه ورشد کند.

ژن های بیمارگی تولید کننده سازه های آلوده کننده

 بسیاری از قارچ ها، چنگک تولید می کنند که قارچ کمک می کند تا به سلول های بشره رخنه کند. چنگک ها حاوی گلیسیرین اند که موجب بالا رفتن فشار آب و شادابی آنها می شود تا کارسیخک نفوذی برای زخم کردن سلول های بشره گیاه و رخنه به آنهاتسهیل گردد. دیوارۀ سلولی چنگک های Magnaporthe grisea وگونه های Colletotrichum ، دارای ملانین است که از نشست گلیسیرین به خارج جلوگیری می کند. افراد جهش یافت فاقد ملانین قادر به ایجاد و حفظ فشار آب کافی نبوده و به این خاطر غیر بیماریزا هستند. بیوسنتز ملانین به وسیله دست کم سه ژن ساختمانی که همۀ آنها برای بیمارگری هر دو قارچ لازم اند صورت می پذیرد.

چندین ژن در تشکیل چنگک ها دخالت دارد و تولید چنگک، درکنترل این ژن ها و شرایط محیطی است. برای مثال، دربیماری بلاست برنج ناشی از M.grisea ، نقش چندین ژن درتشکیل چنگک مشخص شده است. یکی از ژن ها، به نام هیدروفویین (mpg1) که وجود آن برای تولید چنگک لازم است. اگر تخریب شود، نه تنها بیمارگری قارچ کاهش می یابد. بلکه تولیدکنیدیوم آننیز 100 برابر کمتر میشود. ترانویسی ژن mpg1 تحت کنترل سه ژن تنظیمی است که دوتا از آنها در تنظیم متابولیسم نیتروژن نیز نقش دارند.ژن دیگری که درکنیدیوم های M.grisea بیان می شود، شباهت به فاکتورهای ترانویسی دارد. ولی تخریب (جهش) آن منجر به تولید کنیدیوم های ناقص ونیز تضعیف تولدی چنگک می گردد که هر دوی اینهاموجب ازدست رفتن قابلیت بیمارگری می شوند. یک ژن متفاوت دیگر به نام pth11 ، پروتئینی  را که در غشای سیتوپلاسمی قرار دارد تولید می کند. اینپروتئین، ظاهراً به قارچ، توان تشخیص سطح میزبان را می دهد تابرروی آن چنگک طبیعی تولید کند؛ تخریب این ژن ، موجب از دست رفتن هر دوقابلیت قارچ می شود.

ژن های بیمارگری کنترل کنندۀ تجزیۀ کوتیکول و دیوارۀ سلولی

تصور بر این است آنزیم هایی که موجب تجزیۀ دیواره های سلولی، کوتین، پکتین و دیگر ساختمان های فیزیکی می گردند. برای بیمارگری لازم اند. ولی، این آنزیم ها اغلب به وسیله تیره های چند ژنی یا بیش از یک ژن که ارتباطی باهم ندارند، ساخته شده و چنین وضعیتی موجب می شود که این آنزیم ها از لحاظ نقش زائد به نظر برسند. در نتیجه، تخریب یکیاز چنین ژن هایی باعث عدم بیماگری بیمارگر نمی گردد چون ژن های دیگر(تکراری) مولد همان آنزیم، نیاز به آن فعالیت آنزیمی را برطرف می سازند. اضافه (زائد) بودن از لحاظ نقش درمیان ژن های پرآزاری، به نظر می رسد مسئول وبیان کننده درجات مختلف شدت بیماری  درتعدادی از بیماری های گیاهان باشد. به علاوه، آنزیم های تجزیه کننده دیوارۀ سلولی با فعالیت خود اغلب باعث آزادسازی اولیگوساکاریدهاو پروتئین های دیوارۀ سلولی می گردند و این مواد موجب فعال یا خاموش شدن پاسخ های دفاعی میزبان می شوند. به عنوان مثال، یک جهش یافته آنزیم محرک  زایلاناز -2 (زایلاناز-2 یک آنزیم القا کننده فرایندهای دفاعی است) که فعالیت آنزیمی آن 1000 برابر کاهش یافته بود، هنوز قابلیت القای پاسخ های دفاعی در توتون و گوجه فرنگی را داشت.

کوتین ها:

 کوتین ها پلیمرهای سختی هستند که اغلب سطوح خارج گیاهان را می پوشانند.  اینها به وسیله کوتینازها تجزیه می شوند. به احتمال زیاد، کوتینازها در قارچ هایی که به طور مستقیم ازسطح میزبان به دورن آن رخنه می یابند به عنوان فاکتورهای بیمارگری عمل می کنند. تیره های گسترده ای ازکوتینازها به صورت مالتی زن وجود داشته وبه این علت، لزوم ونقش آنها در بیماری گری از راه جهش در ژن (تخریب ژن) در بررسی های متعدد انجام شده، قابل اثبات نبوده است. ولی، وقتی ژنکوتیناز Fusarium solanif. sp.pisi تخریب گردید، جهش یافته های به دست آمده ، غیر بیماریزا شده اند.

پکتین ها: پکتین ها شامل مخلوط های عمدتاً متشکل ازپلیگالاکتورونیک اسید و با شاخه هایی از قندهای متعدد هستند. اینها در دیواره های سلولی گیاهان و درتیغۀ میانی وجود دارند. پکتین ها به شکل های فراوان وجود داشته و به وسیله آنزیم هایی مانند پکتین لیاز، پلی گالاکتوروناز و پکتین متیل استراز- که همگی به نظر می رسد نقشی در بیمارگری بعضی ازقارچ ها داشته باشند- تجزیه می شوند. معهذا، پکتینازها، به وسیله تیره های  مالتی ژن تولید گردیده و اثبات نقش آنهابه عنوان فاکتورهای لازم برای بیمارگری دشواراست. با وجود این، تخریب ژنی که تولید کننده یک پکتات لیازدر Colletortichum sp. است، به تولید جهش یافته هایی منجر شدهاست که بیمارگری کمتری بر روی میوه آووکادو داشته اند. ولی در Glomerella sp. ,Alternaria و Cryphonectria parasitica   جهش در ژن پکتین لیاز تأثیری برروی بیمارگری نداشته در حالی که تخریب یک ژن پکتیناز در Botrytis باعث کاهش بیمارگری قارچ روی گوجه فرنگی و سیب شده است . در یک مورد متفاوت، تخریب هر یک ازژن های پکتات لیاز قابل القا با پکتین یا پکتات لیاز قابل القا با گیاه به تنهایی در F.solani pv. Pisis هیچ تأثیری بر بیمارگری قارچ نداشت. ولی، وقتی هر دوژن به صورت همزمان غیر فعال گردیدند، در تمام جهش یافته ها بیمارگری کاهش نشان داد. باز هم در یک مورد متفاوت، با وارد کردن وبیان یک ژن پلیگالاکتوروناز دریک سویه Aspergillus flavus که به طورطبیعی فاقد گالاکتوروناز بود، قارچ توانست لکه های درشت تری بر روی قوزه پنبه ایجاد کند. چندین نوع دیگرازژن های تولیدکننده آنزیم های مؤثر درتخریب دیوارۀ سلولی، مانند پکتینازها، گلوکونازها، و زایلانازها، همسانه سازی ومتعاقباً تخریب و اثرهای آنها بررسی شده است. دراکثر جهش یافته ها، تغییر در بیمارگری مشاهده نگردیده و در بعضی موارد نتایج گوناگون وغیر همسانی به دست آمده است. درزمینه نقش سلولازها، همی سلولازها و لیگنینازها بر روی بیماریزایی اطلاعات اندکی وجود دارد.

ژنهای بیمارگری کنترل کنندۀ متابولیت های ثانویه

افزونبر نیاز بیمارگرهای قارچی به تولید سازه و مواد تخریب کننده سد های ساختمانی، به ژن هایی نیاز دارند که به آنها در فایق آمدن بر اثر تعداد زیادی از متابولیت های ثانویه تولید گیاه که بعضی ازآنها خواص ضد میکروبی داشته وگیاه را در برابرحمله حفاظت می کنند، کمک نماید. به متابولیت های ثانویهای که به صورت خود بیان، تولید م شوند فیتوآنتی سیپتین، وبه آنهایی که درپاسخ به حمله یک بیمارگر تولید می گردند، فیتوالکسین گفته میشود. بیمارگرها ازطریق ژن هایی که به آنها کمک می کند که درجهت پرهیز از این مواد دفاع شیمیایی میزبان و با تجزیه، یا تغییر فیزیولوژی آنها و یا از راه های دیگر، اقدام کنند، به آنها پاسخ می دهند.

فیتوآنتی سیپین ها:

 اینها عمدتاً شامل ساپونین های اوناسین وتوماتین هستند. ساپونین ها گلیکوزیدهایی با خواص شبه صابونی بوده و می توانند غشاها را تخریب کنند. اوناسین A-1 که یک ساپونین است درسلول های اپیدرم ریشۀ یولاف- ولی نه در ریشه گندم- وجوددارد. قارچ Gaeumannomyces graminis var. avenae چون دارای ژن تولید کننده آنزیم اوناسیناز بوده و ساپونین را می شکند، می تواند به جو حمله کند. وقتی ژن اوناسیناز تخریب شود، جهش یافته های فاقد این آنزیم، قادر به آلوده کردن یولاف نیستند، در حالی که هنوز می توانند گندم را که فاقد اوناسین است، آلوده کنند. ساپونین دیگر  - توماتین است که در گوجه فرنگی تولید شده و دارای خواص ضد میکروبی علیه بسیاری از قارچ ها است. اما قارچ Septorialycopersici ، حامل ژنی است که دارای ترادف نوکلئوتیدی مشابه ژن اوناسیناز بوده و آنزیم توماتیناز  که ساپونین توماتین رامی شکند، تولید می کند. تخریب ژن توماتیناز که ساپونین توماتین را می شکند، تولید می کند. تخریب ژن توماتیناز، معهذا ، باعث کاهش بیمارگری سپتوریا روی گوجه فرنگی نگردیده است. احتمال داردکه قارچ دارای آنزیم های دیگری برای تجزیه ساپونین است. همین حالت در تعامل یولاف با Stagonospora avenae وجود دارد که درآن قارچ دارای سه ژن تولیدکنندۀ  آنزیم های تجزیۀکنندۀ ساپونین خاص است.

گلیکوزیدها، وگلیکوزینولات های مولد سیانید:

 این ترکیبات در درون گیاه و به دوراز آنزیم هایی که قدرت شکستن آنها رادارند، تولید و نگه داشته می شوند. به هنگام زخم شدن گیاه، این ترکیبات و آنزیم های تجزیه کننده آنها با هم مخلوط شده و واکنش می کنند که حاصل واکنش آنها تولید سیانیدها، ایزوسیانات ها، تیوسیانات ها و نیتریل ها است که همگی برای موجودات، از جمله قارچ ها، سمی هستند. ولی نقش آنها در بیماریزایی قارچ ها و اینکه قارچ ها چگونه از خود دفاع می کنند، شناخته نشده است.

فیتوآلکسین ها:

 فیتوآلکسین ها چندین دهه است که شناخته شده اند و به وسیله گیاهان مورد حمله قارچ ها، تولید می شوند، ولی، تعداد اندکی ازآنزیم های قارچی که دارای توانایی تجزیه اینهادر خلال حمله قارچ هستند، شناسایی گردیده اند. یکی از این آنزیم ها پیزاتین دمتیلاز است که به وسیله قارچ Nectria haematococca ساخته شده و می تواند فیتوآلکسین پیزاتین نخود را تجزیه کند. پیتزاتین دمتیلاز توسط یکی از 6 ژن سازنده آنزیم در قارچ ساخته می شود ولی تخریب آن ژن فقط به میزبان مختصر، بیمارگری قارچ را کاهش داده است.ولی تخریب یکی­ازچهار ژن تجزیه کننده(سم زدا)  فیتوآلکسین ماکیائین نخود ایرانی منجر به کاشه بیمارگری قارچ شده و همچنین،  وارد کردن نسخه های اضافی همان ژن به سویه های بیمارگر باعث افزایش شدت بیماری ناشی ازآنها گردید.

بعضی ژن ها از خود قارچ وبیمارگری ، آن، حتی پس از اینکه قارچ موفق به رشد در درون گیاه گردیده است، حفاظت می کنند. تعداد زیادی از این ژن ها در ورود و خروج مولکول های تولیدی قارچ به درون گیاه دخالت دارند. تخریب یکی از چنین ژن هایی در M.grisea منجر به از دست رفتن بیمارگری آن گردید. ازآنجا که همان ژن به وسیله داروهای سمی و هم به وسیله فیتوآلکسین ساکورانتین برنج القا گردیده است، احتمالاًنقشی در زمینه خروج متابولیت های گیاهی ازسلول های قارچ را عهده دار است. از آنجا که برخی از ژن های بیمارگری قارچی، پس از جهش یافتن منجر به تولید سویه های آکسوتروف (نیازمند به برخی ترکیبات آلی نیتروژنی) شده، روشن گردیده است که سطوح مواد غذایی برقابلیت تکثیر و استقرار قارچ ها در گیاه تأثیرمی گذارند. سال های بسیاری است که مشخص شده آکسوتروفی باعدم بیمارگری قارچ عامل سیاهک ذرت،Ustilago maydis ، همراه(همبسته )است. در همین حال، آکسوتروف های ادنین قارچ عامل لکه سیاه سیب،Venturia inaequalis ، درسیب بیماریزا نیستند. به صورت مشابه، آکسوتروف های Fusarium sp. در آرجنین و Stagonospora sp. در اورنیتین دکربوکسیلاز قدرت ایجاد بیماری خود را از دست داده اند.

ژن های بیمارگری کنترل کنندۀ توکسین های قارچی

پاره ای از قارچ ها توکسین (زهرابه) را تولید می کنند که می توانند باعث اختلال در فعالیت های سلولی ویا مرگ سلول ها قبل یا درخلال آلودگی شوند. بعضی توکسین ها غیر اختصاصی هستند یعنی به گیاهانی که موردحمله بیمارگر قرار نمی گیرند نیز، صدمه می زنند، در حالی که توکسین های دیگر، میزبان – اختصاصی اند بدین معنی که فقط به گیاهان موردحمله (میزبان ها) آسیب می رسانند. اهداف سلولی چهار توکسین میزبان – اختصاصی ومکانیسم های  احتمالی فعالیت آنها که منجر به مرگ برنامه ریزی شدۀ سلول های میزبان می شود، موردبررسی قرار گرفته است.توکسینHC درهسته سلول عمل کرده و ازدی استیله شدن هیستون ها بازداری کرده، موجب تغییراتی دربیان ژن ها گردیده و از  سنتز ترکیبات ضد قارچی توسط گیاه جلوگیری میکند. توکسین (AAL) Aleernaria alternate از سنتز آنزیم شبکه آندوپلاسمی(ER)سرامیدسینتاز بازداری می­کند؛ این آنزیم درسنتز سرامید از فیتوسفینگوزین نقش دارد و هر دوی این ترکیبات درحیوانات و احتمالاً درگیاهان قادراند فعالیت انتقال علامت پروتئین کینازرا تغییردهند.توکسین T با پروتئین Urf 13p غشا میتوکندریایی T-cms واکنش کرده وموجب ایجاد روزنه هایی در این غشا و نشت یونهای هیدورژن(H⁺)، یون های دیگر و مرگ سلول می گردد. ویکتورین، از فعالیت آنزیم گلایسین دی کربوکسیلازچرخه تنفسی در حضور نور بازداری کرده ومنجر به کنده  شدن روبیسکو (RUBISCO) که ازطریق آن محصولات واکنش اکسیژناز بین کلروپلاست (Cp)،میتوکندری (Mit) و پراکسی زوم (px) مبادله می گردند، شده واین اختلال منتهی به مرگ سلول می گردد.

مشارکت چندین ژن برای تولید هر توکسین لازم است. ژن های دخیل در بیوسنتز توکسین ها اغلب به صورت مجموعه (درکنار هم) قرار دارند. تخریب ژن های توکسین در Cochliobolus نشان داده است که قارچ با الگوی تغییر یافته توکسین نیز همچنان بیماریزا است. ولی تخریب ژن های دخیل دربیوسنتز توکسین های میزبان – اختصاصی A.alternata ، منجر به کاهش بیمارگری قارچ لازم بوده به صورتی که جهش یافته های فاقد توکسین و غیر بیماریزایی، قارچ با تبدیل شدن (تراژن شدن) جهش یافته هابه وسیله ژن کد کننده توکسین، بیمارگری خودرا باز یافتند. تریکوتسین،ازمتابولیت های(قارچ زهرهای) تولیدشده توسط چند گونه ازقارچGibberella (Fusarium)وقارچMyrothecium roridum است. تخریب ژن کنترل کننده مرحلۀ اول دربیوسنتز تریکوتسین منجر به کاهش بیمارگری قارچ براکثر – نه همه – میزبان ها شده است. تا 11 ژن دخیل در بیوسنتز تریکوتسین شناسایی شده اند ولی همه مراحل سنتز آن بررسی نگردیده است.