Фитомонады | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | Эукариоты |
Тип: | Эвгленозои |
Сорт: | Кинетопластея |
Заказ: | Трипаносоматиды |
Семья: | Трипаносоматиды |
Род: | Фитомонас Донован, 1909 [1] |
Разновидность | |
См. текст. |
Phytomonas — род трипаносоматид , поражающих виды растений. Первоначально описанный с использованием существующих родов в семействе Trypanosomatidae, таких как Trypanosoma или Leishmania , номенклатура Phytomonas была предложена в 1909 году в свете их различных хозяев и морфологии. [2] [3] Когда термин был первоначально придуман, не соблюдалось никаких строгих критериев, и термин был принят научным сообществом для описания жгутиконосных простейших в растениях в целях удобства. [3] Члены таксона распространены по всему миру и были обнаружены у членов более чем 24 семейств растений. [4] Из этих 24 два основных семейства, которые поражаются Phytomonas, — это Euphorbiaceae и Asclepiadiacae . Эти простейшие были обнаружены у хозяев между 50° широты северной и южной, и, таким образом, их можно найти на всех континентах, за исключением Антарктиды. [3]
Считается, что Phytomonas произошел от одной моноксенной линии насекомых, паразитирующих на трипаносоматидах, около 400 миллионов лет назад. [5] После этого расхождения развился гетероксенный образ жизни, и большинство видов Phytomonas переносятся между растениями-хозяевами насекомыми-переносчиками подотряда Heteroptera как форма диксенного паразитизма . [3] [5] Виды, оказывающие значительное экономическое воздействие, включают Phytomonas leptovasorum и Phytomonas staheli , возбудителей некроза флоэмы у кофе и увядания кокосовой и масличной пальм соответственно.
Впервые предложенный Донованом в 1909 году, термин Phytomonas описывает связь рода с растениями по сравнению с близкородственными организмами Trypanosomatida . [2] Поскольку они были обнаружены как паразиты растений, а не млекопитающих, для описания этой связи использовался термин phyto- . В английском языке термин phyto- означает растение и происходит от греческого термина для растения phuton . Суффикс -monas означает «одноклеточный организм» или «отдельная единица» и в настоящее время широко используется в области микробиологии.
Организмы, ныне известные как Phytomonas, были впервые описаны в 1909 году доктором А. Лафонтом после того, как он обнаружил их в млечном соке молочая Euphorbia pilulifera . [6] Он назвал организм Leptomonas davidi в честь своего лаборанта Дэвида, человека, который первым его обнаружил. В том же году Донован [2] подтвердил это, также наблюдая за организмами в млечном соке Euphorbia piluifera на Маврикии и в Ченнаи. Поскольку эти особые трипаносоматиды отчетливо отличались от тех, которые, как было известно, паразитируют на животных, Донован предположил, что необходимо создать новый род трипаносоматид, Phytomonas . [2]
С 1909 года сообщалось о том, что трипаносоматиды заражают растения по всей планете, но изначально к этому роду было мало научного интереса, за исключением возможных связей с болезнетворными организмами у животных и людей. [7] [4] В 1931 году фитомонады были обнаружены в растениях Coffea liberica и оказались причиной некроза флоэмы кофе. [6] [8] В последующие годы больше паразитов было обнаружено в растениях с более высокой экономической ценностью, таких как томаты ( Solanum lycopersicum ) [6] Заражение экономически ценных культур привлекло внимание нескольких исследовательских групп, но интерес снова был потерян из-за невозможности выращивать культуры in vitro . [7] [6] В 1970-х годах научный интерес возродился из-за все более разрушительных проблем, вызванных паразитами в еще более экономически значимых культурах, а именно в кокосе ( Cocos nucifera ) и масличной пальме ( Elaeis guineensis ). [7] [6] Наконец, в 1982 году Доллет успешно культивировал трипаносоматиды in vitro , что позволило выделить Phytomonas в 24 различных семействах растений по всему миру. [7]
Хотя в последнее время проводились генетические исследования видов Phytomonas , анализ на уровне генома ограничен по сравнению с данными о геноме, доступными для болезнетворных трипаносоматид у животных и людей, особенно Trypanosoma cruzi , Trypanosoma brucei и Leishmania major . [9] В 2015 году было обнаружено, что Phytomonas nordicus является частью в целом гетероксенного рода Phytomonas , несмотря на то, что он является моноксенным паразитом хищного клопа Troilus luridus . [10] Вид был описан ранее в 1993 году. Имея моноксенный образ жизни, вид не наблюдался в растениях, но был отнесен к категории Phytomonas из-за особенностей, которые были схожи с другими фитомонадами, а именно длинных скрученных промастигот и жгутиковых стадий в слюнных железах клопов. Используя молекулярный филогенетический анализ, Фролов определил, что вид действительно является частью Phytomonas, несмотря на то, что не является паразитом растений. [10] Согласно последним новостям, новый диксенный вид Phytomonas oxycareni n. sp. был обнаружен и описан в 2017 году после того, как был получен из слюнных желез настоящего клопа Oxycarenus lavaterae . [5]
Как предполагает номенклатура Phytomonas , этот род состоит из трипаносоматид, которые заражают растения. Хотя эти организмы заражают виды растений по всему миру, два основных семейства растений, которые содержат больше всего хозяев Phytomonas, — это Euphorbiaceae и Asclepiadiacae . [3] Внутри растений-хозяев виды Phytomonas были обнаружены в нескольких типах тканей, включая флоэму, семена, плоды, цветы и млечные протоки. [4] Известные примеры включают Phytomonas serpens в томате, P. staheli в кокосе и масличной пальме и P. leptovasorum в кофе. Большинство видов, по-видимому, не являются патогенными для своих хозяев или иным образом не оказывают какого-либо вредного воздействия. [9] Поскольку термин Phytomonas не был основан на каком-либо строгом критерии, кроме как быть жгутиконосными протистами в растениях, номенклатура не отражает широкий спектр образов жизни различных видов в роде. [3] [9]
Подавляющее большинство видов трипаносоматид распространяются через насекомых-переносчиков. [4] Это справедливо и для Phytomonas , и вскоре после категоризации рода было обнаружено, что организмы могут переноситься с зараженного растения на незараженное с помощью фитофагов-полужесткокрылых. [4] Последующие исследования в последующие годы показали, что виды Phytomonas могут распространяться между растениями-хозяевами широким спектром видов насекомых. Однако этот простой взгляд на отношения между паразитом и хозяевами осложняется номенклатурой и ограниченными исследованиями. [4] В настоящее время понимание заключается в том, что основными насекомыми-переносчиками являются члены подотряда Heteroptera . [5] Фактически, два основных таксона с видами, идентифицированными как переносчики, — это семейства Heteropteran Lygaeidae и Coreidae . [3] В большинстве случаев организмы переносятся с насекомого на растение во время питания, поскольку паразиты присутствуют в слюнных железах. [3]
Как члены семейства Trypanosomatidae, Phytomonas имеют структуры, характерные для этого семейства, включая связанный со жгутиком кинетопласт, субпелликулярные микротрубочки, параксиальный стержень и гликосомы. [6] Внутри растения-хозяина Phytomonas демонстрирует веретенообразную структуру, скрученную 2-5 раз вдоль продольной оси. [3] Внутри растения организмы могут находиться в нескольких жгутиконосных стадиях: в основном промастиготы с некоторыми парамастиготами во флоэме и млечных трубках, и амастиготы в латексе. [6] Однако большинство видов в основном наблюдаются в форме промастиготы с удлиненным телом и одним жгутиком длиной 10-15 мкм, выходящим из переднего жгутикового кармана. [3] [4] [6] Говорят, что эта основная форма их морфологии согласуется с паразитами насекомых в их сестринской группе Leishmania . [4] Виды имеют длину от 10 до 20 мкм и ширину около 1,5 мкм. [3] [6] Похоже, что размножение клеток происходит только на стадии промастиготы. [3] При рассмотрении живых образцов под световым микроскопом можно увидеть, что Phytomonas невероятно активны. [3] Различные виды, которые заражают различные растения-хозяева, имеют различия во внешней морфологии, например, Phytomonas, заражающие масличную пальму ( Elaeis guineensis ), демонстрируют меньше изгибов, чем Phytomonas, заражающие кокос ( Cocos nucifera ). [6]
Как и у других трипаносоматид, клеточная поверхность видов Phytomonas может быть разделена на три области: поверхность тела, жгутиковая поверхность и жгутиковый карман. [4] Также, как и у других трипаносоматид, у Phytomonas нет клеточной стенки, но вместо этого они защищены от реакций хозяина и условий окружающей среды мембранно-закрепленными белками и гликоинозитолфосфолипидами. [4] Пелликулярная клеточная мембрана также выстлана микротрубочками, которые проходят вдоль продольной оси организма, с одним рядом из четырех микротрубочек в жгутиковом кармане. [3] Параксиальный стержень также проходит параллельно аксонеме единственного жгутика с одной стороны, придавая жгутикам увеличенную толщину, прочность и прочность. [3]
Как упоминалось ранее, эти организмы также имеют гликосомы , которые являются специализированными пероксисомами . В зависимости от исследуемого вида эти гликосомы могут принимать форму двух рядов, разделенных нитевидными волокнами. [6] Некоторые изоляты этого рода также имеют сократительную вакуоль, расположенную на переднем конце, около жгутикового кармана. [6] Эта вакуоль различается по размеру, но может достигать 2 мкм. Было обнаружено, что эндоплазматический ретикулум (ЭР) некоторых видов образует субпелликулярные листы, которые проходят параллельно продольной оси. [6] В зависимости от вида и рассматриваемых изолятов эндоплазматический ретикулум (ЭР) также может иметь рибосомы в паракристаллическом массиве и невероятно тонкое внутрицистернальное пространство. [6] Цитоплазма считается богатой рибосомами. [3] В тесной связи со жгутиком находится кинетопласт . Было обнаружено, что сети кинетопластной ДНК видов Phyotomonas различаются в изолятах, выделенных из различных насекомых и растений-хозяев, от рыхлых до компактных сетей, напоминающих сети других трипаносоматид. [6]
Согласно Доллету, размножение происходит на стадии промастиготы. [3] Сначала происходит удлинение кинетопласта, а затем следует расщепление переднего конца клетки. Поскольку морфология трипаносом с одним жгутиком возникла из-за потери одного жгутика в жгутиковом кармане, это расщепление приводит к тому, что одна часть передней клетки имеет один жгутик, а другая — нет. [3] Позднее на той части, где не было жгутика, вырастет новый жгутик. [3] Дальнейшее продольное деление распределяет ядра между формирующимися дочерними клетками.
Размножение и размножение Phytomonas обычно прекращается после попадания в насекомое-хозяина. [3] В течение первой недели внутри хозяина паразиты удлиняются, образуя «гигантские» версии самих себя внутри пилоруса хозяина. Через 12 дней клетки мигрируют в слюнные железы через гемолимфу. [3] Именно здесь, в слюнных железах, размножение возобновляется снова, производя формы обычного размера для заражения растений-хозяев. В зависимости от вида и изолята эти промастиготные формы могут или не могут быть прикреплены к клеточным стенкам слюнных желез с помощью своих жгутиков. [3] Например, у Phytomonas serpens клетки действительно прикрепляются к внутренней части слюнных желез, что указывает на истинную стадию развития внутри насекомого-хозяина у некоторых видов. [4]
По сравнению с опасными паразитами людей и животных, Phytomonas изначально не вызвал особого интереса. Было обнаружено, что виды этого рода заражают множество различных растений-хозяев, и большинство из них, по-видимому, не оказывают отрицательного воздействия на своих хозяев. Однако несколько видов являются причиной вредоносных заболеваний многих экономически значимых сельскохозяйственных культур.
Описанное Штаэлем в 1917 году, это заболевание характеризуется отложением каллозы в ситовидных трубках и некрозом. [3] Трипаносоматиды не были обнаружены как причина, пока Штаэлем не наблюдал их в ситовидных трубках растений Coffea liberica в 1931 году. [6] Сейчас известно, что его вызывает Phytomonas leptovasorum Stahel. [8] Насекомое-переносчик паразита не было подтверждено, но Штаэлем в основном подозревал Lincus spathuliger в качестве виновника. [3] Вермёлен также подозревал насекомое Hemipteran из-за присутствия жгутиконосцев в средней кишке некоторых насекомых, часто встречающихся на корнях кофейных растений. [8] Находясь в растении-хозяине, эти паразиты обитают только во флоэме, что является характеристикой, которую они разделяют с P. staheli . [4] Несмотря на то, что заболевание впервые было охарактеризовано у C. liberica , оно также может быть вызвано P. leptovasorum у C. arabica, C. excelsa, C. stenophylla и C. abeocutae . [3] Заболевание, вызываемое этой фитомонадой, может быть как острым, так и хроническим, причем хроническая форма встречается гораздо чаще (95%). Две формы различаются по количеству потери листвы и времени гибели, но в обоих случаях происходит побурение и отмирание корней. [3]
Также известное как фатальное увядание, бронзовое увядание листьев, летальное пожелтение и корониевое увядание, это заболевание кокоса вызывается Phytomonas staheli . [3] [4] Это острое увядание, которое начинается с листьев дерева, перемещаясь вниз по растению к корню. [4] Таким образом, первыми симптомами являются пожелтение кончиков листьев, за которым следует пожелтение новых листьев. Поскольку незрелые плоды начинают преждевременно опадать, начинается гниение корня. [3] Через десять недель растение погибает, и из-за вторичного заражения бактериями и грибками появляется неприятный запах. [3] Сначала считалось, что болезнь была изолирована на восточном побережье Южной Америки, но на самом деле она также встречалась в Колумбии и Эквадоре. [3]
Phytomonas staheli также вызывает заболевание масличной пальмы, а именно marchitez sorpresiva (внезапное увядание) и медленное увядание. [4] Находясь в растении-хозяине, P. staheli остается во флоэме, что является его общей чертой с P. leptovasorum . [4] Как и при хартроте кокосовой пальмы, симптомы заболевания сначала проявляются в виде пожелтения кончиков листьев. Однако у масличной пальмы сначала поражаются нижние листья, а затем верхние. [3] Корни также разрушаются, начиная с кончиков роста и двигаясь к первичным корням. Как и при хартроте кокосовой пальмы, плоды также теряются. В течение 3–5 недель растение погибает, а листья превращаются в сухие серые массы. [3] P. staheli может быстро распространяться между деревьями и заражать до 30 деревьев в течение нескольких недель. Заболевание оказывает большое влияние на север Латинской Америки, но его можно частично контролировать с помощью применения инсектицидов. [3] Вероятно, это происходит за счет уничтожения насекомых-переносчиков, которые, как предполагается, являются известными или новыми видами рода Lincus . [3]
Помимо вредного воздействия, которое могут оказывать эти организмы, виды Phytomonas также могут быть полезны в качестве параллельных моделей для изучения опасных заболеваний, вызываемых организмами других инфекционных родов трипаносоматид. Trypanosoma cruzi является возбудителем болезни Шагаса и, как член семейства Trypanosomatidae, связана с организмами рода Phytomonas . [11] В исследовании 2015 года Phytomonas Jma была протестирована в качестве модели для экспрессии гетерологичных белков в опасном T. cruzi . [12] Было обнаружено, что Phytomonas способен экспрессировать уровни GFP, аналогичные уровням T. cruzi , и был сделан вывод, что организмы этого рода могут быть использованы в качестве безопасных для человека моделей для функциональной экспрессии белков трипаносоматид. [12]
Также были проведены исследования по практическому использованию сходства антигенов между P. serpens и патогенами трипаносоматид. Было обнаружено, что T. cruzi разделяет некоторые антигены с P. serpens , и что эти антигены могут быть распознаны сывороткой кролика и мыши. [11] Иммунизация мышей P. serpens вызвала частичный иммунный ответ против инфекции T. cruzi . [13] Хотя требуются дополнительные исследования, фитомонады потенциально могут быть использованы в качестве вакцинных агентов для запуска защитных реакций на антигены T. cruzi с целью вмешательства в развитие болезни Шагаса у людей. [11] [13]