Страница 11 из 48
По логике вещей, казалось бы, чем большим количеством генов вирулентности обладает раса, тем выше ее жизнеспособность. На самом деле это совсем необязательно. Если высевать на питательную среду простые и сложные расы вместе, то через некоторое время окажется, что сложные расы, не выдержав конкуренции с простыми, постепенно исчезают. То же самое будет, если смесью из простых и сложных рас заражать сорт картофеля, который не имеет генов устойчивости и потому поражается всеми расами возбудителя фитофтороза. Спустя некоторое время простые расы вытесняют сложные. Описанное явление есть результат действия стабилизирующего отбора, к которому нам еще придется вернуться в этой книге. Иными словами, в популяции паразита накапливаются лишь те гены вирулентности, которые необходимы для преодоления генов устойчивости растения-хозяина. Лишние, не использующиеся гены не только не полезны, по и вредны, и ими обладающие расы исчезают из популяции. Когда в популяции растений появляются новые сложные гены устойчивости, тогда и возникают сложные, их преодолевающие расы, которые существуют до той поры, пока существуют сорта, которые их вызывали к жизни. Простые расы такие сорта поразить не могут, и поэтому сложные расы на этих сортах не имеют конкурентов. Но зато последние по выдерживают конкуренции с простыми расами на сортах с одним геном устойчивости. Вот уже поистине за все в этом мире приходится платить, и за излишнюю вирулентность тоже.
Раса, которая поражает сорт растения, называется совместимой к нему; раса, неспособная поражать, т. е. та, к которой сорт устойчив, несовместимой. Таким образом, хорошее человеческое понятие — совместимость (которое обычно связано с положительными моментами — совместимостью людей, характеров) в фитопатологии понимается наоборот: совместимая к сорту раса вызывает его болезнь, тогда как по отношению к несовместимой он остается здоровым.
Наличие генов вирулентности у рас определяют по их способности заражать набор сортов растения-хозяина, обладающих определенными генами устойчивости. Набор таких сортов носит название сортов-дифференциаторов, поскольку по ним удается различить расы патогенов.
Число генов вирулентности в популяции паразита, как уже говорилось выше, будет равно числу генов устойчивости в популяции растения-хозяина. Если число генов вирулентности обозначить буквой п, то количество теоретически существующих рас паразита будет составлять 2n. Например, у возбудителя фитофтороза картофеля сейчас известно не менее 11 генов вирулентности (соответственно у картофеля имеется не менее 11 генов устойчивости). Это означает, что число рас паразита, которое теоретически может существовать в природе, будет составлять 211, или 2048 рас. У возбудителя стеблевой ржавчины пшеницы свыше 20 генов вирулентности, а значит, число рас будет баснословно велико. Это не означает, что все эти расы разом существуют в природе, но теоретически они могут возникать, если появятся посевы с соответствующими генами устойчивости, которые их и вызывают к жизни.
Известный фитопатолог Я. Ван-дер-Планк считает, что в природе могут существовать два типа рас. Расы, о которых только что шла речь, поражают одни сорта растений, но зато совсем не поражают другие. Иными словами, один и тот же сорт одними расами поражается, а другими — не поражается. Фитопатологи в таком случае говорят, что расы дифференцированно (различно) реагируют с сортами растений. В этом случае взаимодействие сортов и рас идет по принципу да — нет. Есть поражение — да, нет поражения — нет. Мы уже знаем, что поражение есть тогда, когда ген вирулентности расы может преодолевать ген устойчивости растения. Такие расы различаются по вирулентности. Взаимоотношения именно таких рас и сортов описываются системой ген — на — ген.
Другие встречающиеся в природе расы не дают дифференцированной реакции с сортами растений. Предположим, выделен набор рас от А до Е, которые по их способности заражать определенный сорт растения можно выстроить в порядке А>Б>В>Г>Д>Е, где раса А поражает данный сорт в самой большой степени, а раса Е — в наименьшей. Такой порядок поражения сохранится на любом сорте данного растения: раса А будет самой вредоносной, а раса Е — наименее вредоносной. Разница между ними состоит в степени поражения, т. е. она не качественная (да — нет), а количественная (меньше-больше). Такие расы различаются не по вирулентности, как ранее описанные, а по степени агрессивности. Вирулентность и агрессивность — две стороны патогенности паразита. Вирулентность определяется отдельными генами, агрессивность контролируется многими генами или является полигонной системой. Если вирулентность контролирует качественное свойство (да или нет, поражение или непоражение), то агрессивность количественное — степень поражения, что определяется скоростью роста паразита, интенсивностью его спороношения и другими факторами. Вирулентность мало зависит от условий окружающей среды, она может изменяться только в результате изменения генома. На агрессивность условия среды оказывают большее влияние, и поэтому она может изменяться в довольно широких пределах, Иными словами, вирулентность — качественная сторона патогенности, тогда как агрессивность — количественная.
Раса паразита с геном вирулентности может обладать различной степенью агрессивности. К примеру, раса паразита обладает геном вирулентности, комплементарным к соответствующему гену устойчивости сорта растения, и поэтому способна его поражать. Но она может его поражать в большей или меньшей степени — вот это и есть проявление агрессивности. Если патоген с геном вирулентности долгое время растет на питательной среде, то его способность проникать в ткани растения-хозяина уменьшается, спороношение сокращается, агрессивность падает. Но достаточно сделать несколько пассажей этой расы через растение, т. е. культивировать ее не на питательной среде, а на растительных тканях, раса вновь приобретает агрессивность, при условии, конечно, что за время ее роста в среде не утерялся ген вирулентности.
Как правило, расы, различающиеся по генам вирулентности и дающие дифференцированную реакцию с сортами, свойственны высокоспециализированным паразитам: облигатам или факультативным сапрофитам, которые претерпели со своим растением длительный период совместной эволюции, в результате чего и выработались эти гены вирулентности. Расы, не имеющие генов вирулентности, различающиеся количественно по степени агрессивности, обычно присущи менее специализированным паразитам — полифагам, стоящим на низкой эволюционной ступени паразитизма. Вирулентность — это как бы дополнительная надстройка на агрессивность паразита, выработавшаяся в процессе его специализации к отдельным сортам или формам внутри вида хозяина.
Свойству вирулентности и агрессивности у паразитов соответствуют вертикальная и горизонтальная устойчивость у растений. Именно она и определяет устойчивость отдельных сортов к несовместимым для них расам патогенов, в том случае, если сорт обладает геном, некомплементарным гену вирулентности паразита. Такой вид устойчивости определяется наличием у сорта растения одного или нескольких генов устойчивости. На рис. 3 приведено графическое изображение такой фитофтороустойчивости для сорта картофеля, обладающего генами Р1. Сорт с таким генотипом будет поражаться совместимыми к нему расами паразита 1; 1,2 и 1,3, но не будет поражаться несовместимыми расами 2 и 3. Устойчивость на этом графике выглядит в виде вертикальных столбцов, почему и получила название вертикальной.
Рис. 3. Вертикальная (а) и горизонтальная (б) устойчивость
Второй тип устойчивости в отличие от вертикальной получил название горизонтальной. Иногда ее еще называют полевой или относительной. Механизм горизонтальной устойчивости еще недостаточно изучен. Опа контролируется многими генами и поэтому называется полиген-ной. Если вертикальная устойчивость обеспечивает полную устойчивость, но лишь к отдельным расам паразита, то горизонтальная обусловливает хотя и относительно низкий уровень устойчивости, но зато по отношению ко всем без исключения расам. Постоянство и эффективность против всех рас паразита — ее наиболее ценное свойство. Соответственно на правой части рисунка представлено поражение тем же набором рас фитофторы, но уже другого сорта картофеля, не имеющего R-генов, но обладающего горизонтальной устойчивостью. Из рисунка видно, что полевая устойчивость примерно в равной, хотя и в небольшой мере предохраняет сорт от поражения всеми расами и поэтому изображена на графике в виде горизонтальной полосы, отчего и получила название горизонтальной.