Синэкология Взаимодействие микроорганизмов с членистоногими и растениями Лекция

Синэкология. Взаимодействие микроорганизмов с членистоногими и растениями Лекция № 10 по дисциплине «Экология микроорганизмов»

План лекции: n Симбионты членистоногих n Бактериально-растительные взаимодействия

Симбионты членистоногих

Wolbachia-облигатные внутриклеточные симбионты n Вольбахии обнаружены в клетках почти 70% беспозвоночных. n Впервые вольбахии были обнаружены в теле комаров рода Culex. n Потомство вольбахии передаются с яйцами, то есть по материнской линии.

Wolbachia - микроб-манипулятор Партеногенез Феминизация Гибель самцов Повышение плодовитости и жизнеспособности

Симбиоз членистоногих и вирусов n n Cotesia flavipes n n Личинки наездника, развивающиеся в теле жертвы Наездник Cotesia flavipes — один из видов паразитических наездников, которые выводят из строя защитные системы своих жертв при помощи особых вирусоподобных частиц - поли. ДНК-вирусов (PDV). Новые PDV образуются только в яичниках самки наездника. Наездники впрыскивают в жертву свои яица вместе с PDV. Каждый PDV содержит несколько маленьких кольцевых молекул ДНК с генами белков, подавляющих защитную реакцию организма хозяина (например, гусеницы). Это позволяет личинкам наездника беспрепятственно развиваться в теле жертвы.

Симбиоз членистоногих и вирусов n n Паразитические осы используют токсины для обездвиживания гусениц, в которых они откладывают яйца. Токсины представляют собой отрезок двуспиральной ДНК, упакованный в белковую оболочку. Такая структура характерна для вирусных частиц, поэтому осиные токсины назвали полиднавирусами. Больше всего ДНК, выделенная из яичников ос, напоминает ДНК нудивирусов (входят в группу бакуловирусов, поражающих членистоногих).

Взаимодействие с тлями n n Buchnera aphidicola внутриклеточные симбионты Внутри тела большинства видов тлей имеется специальный двулопастной орган - бактериом, состоящий из 60 -90 полиплоидных клеток, называемых бактериоцитами. В вакуолях этих клеток находятся бактерии рода Buchnera.

Взаимодействие с тлями Листоблошка (сверху)– насекомое из семейства тли. Желтое пятно (внизу) в брюшке листоблошки - бактериом, в котором бактерии переваривают целлюлозу и растительные соки, которые богаты сахаром, но не содержат протеинов. Протеины вырабатывают живущие в ней микроскопические бактерии. Рекордно малым геномом обладает симбиотическая бактерия Carsonella ruddii обитающая в кишечнике псиллиды (листоблошки).

Взаимодействие с тараканами У тараканов бактерии, относимые к роду Blattabacterium, населяют клетки-бактериоциты, расположенные в жировом теле на брюшке животного. Клетки Blattabacterium имеют обычную для грамположительных бактерий ультраструктуру, хотя у них не удается выявить четкого нуклеоида. Симбионты повышают активность сукцинатоксидазы и цитохромоксидазы, а также содержание АТФ в жировом теле.

Взаимодействие с термитами Расщепление целлюлозы в кишечнике термитов ведут в основном простейшие. На поверхности жгутиконосцев концентрируются спирохеты вместе с палочковидными формами. Это взаимодействие бактерий и простейших мутуалистическое — спирохеты получают от жгутиковых питательные вещества и одновременно придают им подвижность.

Взаимодействие с муравьями Муравьи-листорезы выращивают грибы Escovopsis на компосте из листьев. Для защиты своих плантаций от паразитов муравьи применяют антибиотики, вырабатываемые актинобактериями Pseudonocardia. A — симбиотические бактерии на нижней стороне переднего сегмента груди муравья-листореза; B — колония бактерий (Fb) в углублении на теле муравья; C — углубление, очищенное от бактерий; E — другой вид муравья-листореза, сплошь покрытый углублениями с симбиотическими бактериями

Бактериально-растительные взаимодействия

Растение: Поступление в прикорневую зону корневых выделений, содержащих различные органические вещества, доступные бактериям, и корневого опада, т. е. отмирающих корней. Бактерии: бактерии ризосферы вырабатывают тиамин и ряд других витаминов, синтезируют ростовые вещества — гиббереллин и гетероауксин, разрушают органические и минеральные соединения, способствуя повышению эффективности использования растением минеральных веществ почвы.

Микроорганизмы филлосферы n Поверхность растения, и главным образом поверхность листьев - филлосфера (гр. phyllon – лист, sphaire- шар), является местом обитания разнообразных микроорганизмов, которые определяют как эпифитные (гр. epi- на, phyton- растение). Типичным обитателем поверхности разнообразных растений является образующая желтый пигмент Erwinia herbicola.

Микроорганизмы ризосферы n n Микроорганизмы находятся непосредственно и на поверхности корней и в почве, прилегающей к корням, ризосфере (гр. rhiza- корень). Число бактерий в ризосфере превышает их число в зоне почвы, удаленной от корней в десятки, а часто в сотни раз ризосферный эффект.

Азотфиксация n Клубеньковые бактерии представляют собой грамотрицательные подвижные аэробные палочки; быстрорастущие формы относят к роду Rhizobium, медленнорастущие. Bradyrhizobium. n Первичные этапы взаимодействия клеток бактерий с корневой системой соответствующего растения включает аттракцию бактерий его корневыми выделениями n Существенное значение для взаимного узнавания бактерий и растения имеют лектины бобовых. Bradyrhizobium

Взаимоотношения с корнями клевера Rhizobium trifolii

Взаимоотношения с корнями клевера Rhizobium trifolii n Бактерии располагаются на поверхности корневого волоска случайным образом, затем большинство клеток ориентируются полярно. Клевер обладает ферментами, разрушающими бактериальные капсульные полисахаридов, препятствуя до некоторой степени их связыванию с трифолиином. n Бактерии, осевшие на корневом волоске, начинают синтезировать целлюлозные волокна, которые еще прочнее закрепляют их на поверхности корневого волоска.

Инфицирование корневого волоска

Леггемоглобин n n Активно фиксирующие азот клубеньки обычно довольно крупные и красноватые изза наличия леггемоглобина (ЛГ) Апогемоглобин (белок без гемма) синтезирует растение. За синтез гемма ответственны бактероиды. ЛГ не участвует непосредственно в фиксации азота, поскольку бактероиды могут фиксировать азот и без него. Видимо, физиологическая роль ЛГ состоит в снабжении бактерий молекулярным кислородом и ограничении его концентрации путем связывания, так, что система нитрогеназы не ингибируется.

Взаимодействие с растениями Agrobacterium n n Виды Agrobacterium эволюционно родственные клубеньковым бактериям, относящимся к роду Rhizobium, и имеют много общих с ними черт. Однако характер взаимодействия агробактерий с растением имеет весьма своеобразные особенности. Сайтами связывания на поверхности бактерий, являются молекулы β- глюкана и Оантигенные цепи липосахарида внешней мембраны. Бактерии связываются с рецепторами растения, состоящими из белка и пектина.

Ti и Ri-плазмиды n n Способность Agrobacterium tumefaciens индуцировать у растений образований опухолей типа «корончатого галла» коррелирует с наличием у них Тi- плазмиды (tumor- inducing). Другой вид Agrobacterium – А. rhizogenesвызывает заболевание, именуемое «бородатый корень» , при котором в зоне повреждения корня образуется масса новых корешков. Патогенность этой бактерии определяется Ri- плазмидой (rootinducing), часть которой тоже переносится в клетку хозяина и встраивается в хромосому.

Ti и Ri-плазмиды

Бактерии-паразиты n Бактерии, паразитирующие на растениях, называют фитопатогенными. Виды фитопатогенных бактерий известны среди аэробных и факультативно анаэробных грамотрицательных палочек, в их числе бактерии, относящиеся к Pseudomonas, Xanihomonas, Erwinia, Agrobacterium и др. , а также среди грамположительных коринеформных бактерий и микоплазм.