Metarhizium Nedir? Böcek Patojeni Toprak Mantarı

Toprakta yaşayan bir mantarın iki ayrı mesleği olabilir mi? Metarhizium cinsi tam olarak bunu yapıyor: bir yandan bitki köklerinin çevresinde ve içinde yaşıyor, bir yandan da böcekleri enfekte eden bir patojen. Bu iki yaşam biçimi birbirinden bağımsız da değil. Aşağıda cinsin böceğe nasıl girdiği, bitkiyle ne alışverişi yaptığı ve genom çalışmalarının bu ikili yaşamı nasıl açıkladığı literatürden aktarılıyor.

Cins hakkında ne biliniyor

Bir derlemede cins, toprakta yaygın biçimde bulunan ve saprotrofik, endofitik ve böcek patojeni beslenme biçimlerini değişen ölçülerde bir arada taşıyan türlerden oluşan bir grup olarak tanımlanır (Stone ve ark., 2020). Aynı derlemede filogenomik verilerin cinsi hayvan patojenlerinden çok bitkiyle ilişkili mantarlara yakın gösterdiği ve cinsin bitki simbiyontu bir soydan türeyip sonradan böcek patojenliğiyle ilgili genleri edinmiş olabileceği tartışılır (Stone ve ark., 2020). Böcekleri enfekte eden başka mantarlar için Beauveria bassiana ve Ophiocordyceps ve karınca davranışı yazılarına bakılabilir.

Böceğe tutunma: iki ayrı yapıştırıcı

Enfeksiyon, sporun konağa tutunmasıyla başlıyor ve mantar bunun için iki farklı proteini iki farklı yüzeye ayırmış durumda. Bir çalışmada M. anisopliae'nin böceğe ve bitkiye MAD1 ve MAD2 adlı iki proteinle tutunduğu, bunların sırasıyla böcek hemolenfi ve bitki kök salgılarıyla uyarıldığı gösterilmiştir (Wang ve ark., 2007). Aynı çalışmada Mad1 geni maya hücrelerinde ifade edildiğinde mayanın böcek kütikülasına, Mad2 ifade edildiğinde bitki yüzeyine tutunabildiği görülmüş; Mad1 bozulduğunda çimlenme gecikmiş, blastospor oluşumu baskılanmış ve tırtıllara karşı virülans belirgin biçimde düşmüştür (Wang ve ark., 2007). Mad2 bozulması ise bitki epidermisine tutunmayı engellemiş, mantarın böcek patojenliğini değiştirmemiştir (Wang ve ark., 2007). Konak yüzeyine tutunduktan sonra kurulan baskı yapısı apresoryum yazısının konusu.

Tutunmadan sonrası enzim işi. Bir derlemede başta M. anisopliae ve Beauveria bassiana olmak üzere mantarların tarımsal böcek denetiminde kullanımının arttığı ve Brezilya, Çin ile Meksika gibi ülkelerde ticari ölçeğe ulaştığı, aynı dönemde patojenliğin moleküler yönlerinde ilerleme sağlandığı ve aday virülans etmenlerinin aşırı ifade ile bozma suşları üzerinden sınanabilir hâle geldiği anlatılır (Schrank ve ark., 2010).

Konağın savunma hücrelerinden kaçış

Böceğin kan boşluğuna geçen mantar, orada dolaşan savunma hücreleriyle karşılaşıyor. Bir çalışmada konağın savunma hücrelerinin mantarın konidilerini tanıyıp yutabildiği, ancak hif cisimcikleri üretildiğinde bu tanınırlığın kaybolduğu gösterilmiştir (Wang ve ark., 2006). Aynı çalışmada bu kaçışın, patojen hemolenfle temas ettikten sonraki 20 dakika içinde ifade edilen Mcl1 genine bağlı olduğu; Mcl1 bozulan mutantın savunma hücrelerince hızla kuşatıldığı ve Manduca sexta üzerindeki virülansının düştüğü bildirilmiştir (Wang ve ark., 2006). Yazarlar MCL1'in kollajen benzeri bir örtü olarak β-glukan gibi yapısal bileşenleri maskelediğini ve hidrofilik, negatif yüklü yapısıyla savunma hücrelerine çekici gelmediğini öne sürmüştür (Wang ve ark., 2006).

Genomlar iki yaşamı nasıl açıklıyor

Geniş konak yelpazeli M. anisopliae ile çekirge türlerine özelleşmiş M. acridum genomlarının karşılaştırıldığı çalışmada iki genomun yüksek sinteni gösterdiği ve verilerin cinsin bitki endofitlerinden ya da bitki patojenlerinden evrildiğini düşündürdüğü bildirilmiştir (Gao ve ark., 2011). Aynı çalışmada her iki türün salgılanan protein kodlayan gen oranının başka mantarlara göre belirgin biçimde yüksek olduğu, bu genlerin yaklaşık yüzde 30'unun işlevi tanımlanmış bir karşılığı bulunmadığı ve M. anisopliae'de proteaz, kitinaz, sitokrom P450, poliketit sentaz ve ribozomal olmayan peptit sentetaz ailelerinin genişlediği görülmüştür (Gao ve ark., 2011).

Yedi türün genomunun incelendiği çalışmada genelci türlerin, ara konak yelpazesine sahip geçiş türleri üzerinden özelcilerden evrildiği ve bu kaymanın böcek evrimiyle koşut gittiği savunulmuştur (Hu ve ark., 2014). Aynı çalışmada özelleşmenin eşeyli üremenin korunması ve var olan protein dizilerinin hızlı evrimiyle, genelciliğin ise protein ailesi genişlemesi, genom savunma düzeneklerinin kaybı, genom yeniden yapılanması ve yatay gen aktarımıyla ilişkili bulunduğu bildirilmiştir (Hu ve ark., 2014).

Böcekten bitkiye giden azot

Metarhizium'un neden hem böcek hem bitki tarafında durduğunu anlatan bir çalışma, toprak mikrokozmlarında ¹⁵N ile işaretlenmiş böcek azotunun izini sürmüştür. Enjekte edilen işaretli azotun, M. robertsii varlığında fasulye ve darı otu bitkilerinin amino asitlerine geçtiği gösterilmiştir (Behie ve ark., 2012). Yazarlar bu üçlü etkileşimdeki azot kazanımının toprak azot döngüsünde düşünülenden büyük bir yer tutabileceğini belirtmiştir (Behie ve ark., 2012). Derlemede bu alışverişin karşılıklı olduğu, bitkiden mantara fotosentez ürünü karbonun gittiği ve iki yaşam biçiminin birbirinden ayrılabilir olmadığı savunulur (Stone ve ark., 2020). Bitki dokularında yaşayan mantarların geneli için endofit mantarlar yazısına bakılabilir.

Genetiği değiştirilmiş suşlarla yapılan denemeler

Cinsin böceğe özgü bulaşma yolu, taşıyıcı olarak da inceleniyor. Burkina Faso'da kurulan ve doğala yakın koşullar taşıyan kapalı bir sivrisinek düzeneğinde yapılan yarı saha denemesinde, böceğe özgü bir toksini ifade eden M. pingshaense suşunun öldürücülüğünün arttığı ve insektisitlere dirençli sivrisineklerin ortamdan çekilme olasılığının yükseldiği bildirilmiştir (Lovett ve ark., 2019). Aynı çalışmada toksin ifade eden suşun düşük spor yoğunluklarında da etkili olması nedeniyle etkisinin değiştirilmemiş suşa göre daha uzun sürdüğü belirtilmiştir (Lovett ve ark., 2019).

Bu tabloyu okurken

Buradaki sonuçlar belirli türler, suşlar ve deney düzenleri için geçerli; bir uygulama önerisi ya da ürün değerlendirmesi değil. Metarhizium tek bir davranışa indirgenemiyor: aynı cins toprakta çürükçül, kökte endofit, böcekte patojen olabiliyor ve hangi rolün öne çıktığı ortamla değişiyor. Toprakta mantar çeşitliliğinin nasıl ölçüldüğü toprak mikrobiyomu ve mantar çeşitliliği yazısında anlatılıyor.

Bilimsel referanslar

Behie, S.W. et al. (2012). Endophytic insect-parasitic fungi translocate nitrogen directly from insects to plants. Science, 336(6088), 1576-1577. PMID 22723421. DOI 10.1126/science.1222289.

Gao, Q. et al. (2011). Genome sequencing and comparative transcriptomics of the model entomopathogenic fungi Metarhizium anisopliae and M. acridum. PLoS Genet, 7(1), e1001264. PMID 21253567. DOI 10.1371/journal.pgen.1001264.

Hu, X. et al. (2014). Trajectory and genomic determinants of fungal-pathogen speciation and host adaptation. Proc Natl Acad Sci U S A, 111(47), 16796-16801. PMID 25368161. DOI 10.1073/pnas.1412662111.

Lovett, B. et al. (2019). Transgenic Metarhizium rapidly kills mosquitoes in a malaria-endemic region of Burkina Faso. Science, 364(6443), 894-897. PMID 31147521. DOI 10.1126/science.aaw8737.

Schrank, A. et al. (2010). Metarhizium anisopliae enzymes and toxins. Toxicon, 56(7), 1267-1274. PMID 20298710. DOI 10.1016/j.toxicon.2010.03.008.

Stone, L.B.L. et al. (2020). The multifunctional lifestyles of Metarhizium: evolution and applications. Appl Microbiol Biotechnol, 104(23), 9935-9945. PMID 33085023. DOI 10.1007/s00253-020-10968-3.

Wang, C. et al. (2006). A collagenous protective coat enables Metarhizium anisopliae to evade insect immune responses. Proc Natl Acad Sci U S A, 103(17), 6647-6652. PMID 16614065. DOI 10.1073/pnas.0601951103.

Wang, C. et al. (2007). The MAD1 adhesin of Metarhizium anisopliae links adhesion with blastospore production and virulence to insects, and the MAD2 adhesin enables attachment to plants. Eukaryot Cell, 6(5), 808-816. PMID 17337634. DOI 10.1128/EC.00409-06.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 8  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya