Pirinç Yanıklığı ve Magnaporthe oryzae

Pirinç yanıklığı üzerine okumaya başlayan biri kısa sürede iki adla karşılaşır: Magnaporthe grisea ve Magnaporthe oryzae. Aktin, β-tübulin ve kalmodulin genlerinden kurulan soy ağaçları iki ayrı grup göstermiş; Digitaria cinsi otlarla ilişkili grup M. grisea adını korurken pirinç ve diğer kültür otlarıyla ilişkili grup yeni bir tür olarak M. oryzae adıyla tanımlanmıştır (Couch ve ark., 2002). Aynı çalışmada iki türün laboratuvar çiftleştirmelerinde birbiriyle verimli döl vermediği bildirilmiştir (Couch ve ark., 2002). Bu yazıdaki bazı eski kaynaklar dahil, önceki literatürde aynı pirinç patojeni için M. grisea adı geçer.

Neden bu kadar çok çalışılıyor?

Yanıklık mantarı pirinç, buğday ve arpa dahil birçok buğdaygilde ciddi hastalık yapar ve derleme çalışmalarında ekili pirincin başlıca hastalığı olarak tanımlanır; bu da onu gıda güvenliği açısından temel bir ürünün doğrudan tehdidi hâline getirir (Talbot, 2003).

Bitki patolojisi topluluğunun gözündeki yeri de bir ankette ölçülmüştür. Bilimsel ve ekonomik önem ölçütüyle 495 oyla oluşturulan "ilk 10 mantar patojeni" listesinde M. oryzae birinci sıraya yerleşmiş, onu Botrytis cinerea ve Puccinia türleri izlemiştir (Dean ve ark., 2012). Listenin ikinci ve üçüncü sırasındaki mantarları soylu çürüklük ve Botrytis cinerea ile pas mantarları yazılarında anlatıyoruz.

Enfeksiyon: basınçlı bir hücreyle içeri girmek

Mantar bitkiye, yaprağın kütikülünü fiziksel olarak yırtan ve basınç üreten özel bir enfeksiyon hücresiyle, yani apresoryumla girer; basınç, septinlerin hücre iskeletini yeniden düzenlemesiyle ve sert bir delme hifasının aktine bağlı uzamasıyla içeri doğru bir kuvvete dönüşür (Ryder ve ark., 2019). Bu hücrenin yapısını ve basıncın nasıl ölçüldüğünü apresoryum nedir yazısında ayrıntılı ele aldık.

Basıncın ne zaman yeterli olduğunu mantar nereden bilir? 2019'da yayımlanan bir çalışma, Sln1 adlı basınç algılayıcı bir histidin-aspartat kinazın apresoryumun belirli bir basınç eşiğine ulaştığını algılamasını sağladığını ve apresoryum gözeneğine basınca bağlı biçimde yerleştiğini göstermiştir (Ryder ve ark., 2019). Bu algılayıcıyı taşımayan mutant aşırı iç basınç üretmiş, işlevsiz apresoryumlar oluşturmuş ve yaprağa girmek için gereken septinleri ve kutupluluk belirleyicilerini düzenleyememiştir (Ryder ve ark., 2019).

Canlı hücrelerin içinde ilerlemek

İstilacı hifalar, bitkiden türeyen bir zarla çevrili olarak art arda canlı pirinç hücrelerine girer; canlı hücre görüntülemesiyle, hifa ucunda salgılanan efektör proteinlerin biriktiği ve biyotrofik ara yüz kompleksi (BIC) adı verilen yerel bir yapı tanımlanmıştır (Khang ve ark., 2010).

Aynı çalışmada PWL2 ve BAS1 adlı efektörlerin pirinç hücresinin sitoplazmasına aktarıldığı ve buradan henüz istila edilmemiş komşu hücrelere geçtiği, BAS4'ün ise hifayı çevrelemekle kalıp sitoplazmaya aktarılmadığı gösterilmiştir (Khang ve ark., 2010). Yazarlar bu hareketin komşu hücreleri istiladan önce hazırlıyor olabileceğini öne sürer (Khang ve ark., 2010). Hifaların bitki dışındaki genel büyüme düzenini hifa nedir, mantar nasıl büyür yazısında anlattık.

Genom ne anlatıyor?

2005'te yayımlanan taslak genom, yanıklık mantarını bitki hastalıklarının moleküler temelini aydınlatmak için başlıca model organizma olarak tanımlar ve geniş, çeşitli bir salgılanan protein setini, genişlemiş bir G proteinine bağlı reseptör ailesini ve ikincil metabolizmaya ait büyük enzim takımlarını ortaya koyar (Dean ve ark., 2005). Aynı çalışmaya göre genom etkin transpozonların istilasına uğramıştır ve yazarlar bunu geniş pirinç ekiminin mantara dayattığı klonal yapının bir yansıması olarak yorumlar (Dean ve ark., 2005). Aynı çalışmada bu genlerin bir kısmının ifadesinin enfeksiyona yönelik gelişimin erken evrelerinde arttığı da bildirilmiştir (Dean ve ark., 2005). Mantar genomlarının nasıl okunduğunu mantar genomu nasıl dizilenir yazısında anlatıyoruz.

Direnç geni ile efektörün buluşması

Pirinç ile mantar arasındaki yarışın moleküler düzeyde açıkça izlenebildiği örneklerden biri Pi-ta direnç genidir (Jia ve ark., 2000). Pi-ta genini taşıyan pirinç, AVR-Pita genini taşıyan mantar suşlarına karşı gen-gene ilişkisi içinde dirençlidir ve AVR-Pita proteininin bitki hücresi içinde Pi-ta proteininin lösince zengin bölgesine doğrudan bağlandığı gösterilmiştir (Jia ve ark., 2000). Aynı çalışmada bitkideki direnci ortadan kaldıran tek amino asit değişikliklerinin iki protein arasındaki fiziksel etkileşimi de bozduğu bulunmuştur (Jia ve ark., 2000). Derleme çalışmaları, dayanıklı pirinç çeşitlerinin mantarı nasıl algıladığını ve mantarın genetik çeşitliliğini hangi mekanizmaların beslediğini bu hastalığın ana araştırma başlıkları arasında sayar (Talbot, 2003). Pirinçte hastalık yapan başka bir mantarın bitki hormonu üretimini giberellin nedir yazısında ele alıyoruz.

Konak değişimleri ve buğday yanıklığı

Pirince özgü soy nereden geldi? Pirinç ve diğer otlardan toplanan 497 izolatın incelendiği bir popülasyon çalışması, pirinci enfekte eden soyun Setaria darısından bir konak değişimiyle tek bir kökenden doğduğunu ve bu değişimlerin Yeşil Devrim'den önceye, olasılıkla pirincin evcilleştirilmesine uzandığını öne sürmüştür (Couch ve ark., 2005).

Şubat 2016'da Bangladeş'in sekiz ilçesinde buğday tarlalarında yeni bir mantar hastalığı saptanmış; salgın tahminen 15.000 hektara, yani ülkenin buğday ekim alanının yaklaşık yüzde 16'sına yayılmış ve verim kayıpları yüzde 100'e ulaşmıştır (Islam ve ark., 2016). Genom analizleri salgının büyük olasılıkla buğdayı enfekte eden Güney Amerika kökenli bir M. oryzae soyundan kaynaklandığını göstermiştir (Islam ve ark., 2016).

Sonraki genomik izleme çalışması, buğday yanıklığının klonal bir soyunun Güney Amerika'dan iki bağımsız girişle Asya ve Afrika'ya yayıldığını ve bu soyun Rmg8 direnç geniyle denetlenebildiğini bildirmiştir (Latorre ve ark., 2023). Aynı çalışma bu klonun Afrika soylarıyla eşeyli olarak rekombine olabileceğine dikkat çeker (Latorre ve ark., 2023). Başka bir ürünü etkileyen mantar salgınını muz Fusarium solgunluğu yazısında ele alıyoruz.

Bilimsel referanslar

Couch, B.C. et al. (2002). A multilocus gene genealogy concordant with host preference indicates segregation of a new species, Magnaporthe oryzae, from M. grisea. Mycologia, 94(4), 683-93. PMID 21156541. DOI 10.1080/15572536.2003.11833196.

Couch, B.C. et al. (2005). Origins of host-specific populations of the blast pathogen Magnaporthe oryzae in crop domestication with subsequent expansion of pandemic clones on rice and weeds of rice. Genetics, 170(2), 613-30. PMID 15802503. DOI 10.1534/genetics.105.041780.

Dean, R. et al. (2012). The Top 10 fungal pathogens in molecular plant pathology. Mol Plant Pathol, 13(4), 414-30. PMID 22471698. DOI 10.1111/j.1364-3703.2011.00783.x.

Dean, R.A. et al. (2005). The genome sequence of the rice blast fungus Magnaporthe grisea. Nature, 434(7036), 980-6. PMID 15846337. DOI 10.1038/nature03449.

Islam, M.T. et al. (2016). Emergence of wheat blast in Bangladesh was caused by a South American lineage of Magnaporthe oryzae. BMC Biol, 14(1), 84. PMID 27716181. DOI 10.1186/s12915-016-0309-7.

Jia, Y. et al. (2000). Direct interaction of resistance gene and avirulence gene products confers rice blast resistance. EMBO J, 19(15), 4004-14. PMID 10921881. DOI 10.1093/emboj/19.15.4004.

Khang, C.H. et al. (2010). Translocation of Magnaporthe oryzae effectors into rice cells and their subsequent cell-to-cell movement. Plant Cell, 22(4), 1388-403. PMID 20435900. DOI 10.1105/tpc.109.069666.

Latorre, S.M. et al. (2023). Genomic surveillance uncovers a pandemic clonal lineage of the wheat blast fungus. PLoS Biol, 21(4), e3002052. PMID 37040332. DOI 10.1371/journal.pbio.3002052.

Ryder, L.S. et al. (2019). A sensor kinase controls turgor-driven plant infection by the rice blast fungus. Nature, 574(7778), 423-427. PMID 31597961. DOI 10.1038/s41586-019-1637-x.

Talbot, N.J. (2003). On the trail of a cereal killer: Exploring the biology of Magnaporthe grisea. Annu Rev Microbiol, 57, 177-202. PMID 14527276. DOI 10.1146/annurev.micro.57.030502.090957.

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: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya