Badania odkrywają sekret patogenów grzybiczych niszczących uprawy
Naukowcy z USA ustalili, w jaki sposób grzybom udaje się zmniejszyć opór przetrwalników i rozrzucić je jak najwyżej i jak najdalej się da. Twierdzą, że ich odkrycie pomoże znaleźć nowe sposoby kontroli rozprzestrzeniania się patogenów grzybiczych, takich jak Sclerotinia, które wywołują różne choroby upraw od słoneczników po soję i kosztują rolników miliardy euro rocznie. Badania zostały w części dofinansowane ze środków unijnego stypendium Marie Curie na kwotę około 18.000 EUR w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR). Odkrycia zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Wykorzystując ultra szybką kamerę wideo, aby zmierzyć prędkość przetrwalników wyrzucanych przez grzyb Sclerotinia, matematycy i biologowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu Cornella zaobserwowali, że grzyb wypuszcza niemal równocześnie tysiące przetrwalników, tworząc chmurę, która zmniejsza opór prawie do zera i tworzy wiatr przenoszący wiele z przetrwalników na odległość 20 razy większą, od tej którą mógłby pokonać pojedynczy przetrwalnik. Przetrwalniki były wyrzucane z prędkością około 8,4 metra na sekundę, ale z uwagi na ich niewielkie rozmiary - 10 mikronów długości - opór powietrza powodował ich zatrzymanie po przejściu zaledwie 3 milimetrów (mm). Jednak, kiedy tysiące przetrwalników jest wyrzucanych jednocześnie, niektóre z nich mogą przebyć nawet ponad 100 mm. W wyścigu Tour de France kolarze z peletonu mogą obniżyć opór powietrza o 40%" - zauważa współautor Marcus Roper, doktor z Wydziału Matematyki Uniwersytetu Kalifornijskiego (UC Berkeley). "Przetrwalniki grzyba Sclerotinia do perfekcji opanowały tworzenie peletonu, zmniejszając opór powietrza do zera i formując strumień powietrza, który przenosi je jeszcze dalej." Dr Roper wraz ze współautorką Agnese Seminara, doktorem i fizykiem teoretycznym z Wydziału Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Harvarda, zastosowali standardowe równania hydrodynamiki w precyzyjnym modelowaniu ruchu chmury przetrwalników. Wykazali, że tysiące przetrwalników wyrzucanych szybko w tym samym czasie eliminuje cały opór i umożliwia im pokonanie około jednego centymetra, a w tym czasie wiatr wytworzony przez przetrwalniki porywa je i rozpędza do prędkości 60 cm na sekundę. Ich ruch w górę hamuje jedynie grawitacja - według dr Ropera. Zakres "współpracy hydrodynamicznej" umożliwia grzybom na ziemi wystrzeliwanie swoich przetrwalników na kwiaty lub rany roślin, skąd mogą szybko rozprzestrzenić się po całej roślinie i unicestwić ją - podkreśla. Naukowców zainteresowało również, jak grzybom udaje się wyrzucać przetrwalniki równocześnie. W tym celu wyhodowali na końskim łajnie inną pleśń, a mianowicie grzyb kropofilny z rodzaju Ascobolus, i skierowali swoją ultra szybką kamerę wideo na dwumilimetrowe, owocujące ciało w kształcie kielicha, które zwierało dziesiątki tysięcy torebek przetrwalnikowych, a w każdej z nich mieściło się 8 przetrwalników. Odkryli, że choć torebka przetrwalnikowa, która wyrzuca swoją zawartość jako pierwsza wydaje się być przypadkowa, to po tym jak jedna lub dwie wystrzelą, tworzy się fala wyrzutów skierowana od środka do zewnątrz w formie następujących po sobie, kolejnych pierścieni pękających torebek przetrwalnikowych. Wyrzut wydaje się jednoczesny, gdyż odbywa się w dziesiątej części sekundy. "To co wygląda jak chmura jest tak naprawdę serią wybuchających płacht" - wyjaśnia dr Roper. Wprowadzając ulepszenia w modelu matematycznym, aby to uwzględnić, dr Roper i dr Seminara odkryli, że skoordynowany wyrzut płachtami jest wysoce skuteczną metodą wystrzeliwania przetrwalników na duże odległości. Naukowcy będą kontynuować badania nad zapoczątkowywaniem wyrzutu przetrwalników oraz nad tym czy i w jaki sposób przetrwalniki mogą oszukiwać, aby upewnić się, że zostaną wyrzucone dalej niż ich towarzysze. Wypowiadając się na temat wyników badań, naczelna autorka Anne Pringle, adiunkt na Uniwersytecie Harvarda, zajmująca się biologią organizmu i ewolucji, powiedziała: "Odkrycia mogą mieć znaczenie dla metod kontrolowania rozprzestrzeniania się patogenów grzybiczych. Z powodu tylko jednej Sclerotinii amerykańscy rolnicy ponoszą koszty rzędu 1 miliarda USD [730 mln EUR] rocznie, obejmujące koszty kontrolowania grzyba i straty w uprawach."
Kraje
Stany Zjednoczone