Учёные раскрыли генетический компромисс в войне микроскопических червей и хищных грибов

Микроскопическое изображение хищника и жертвы: гриба Arthrobotrys oligospora и нематоды Caenorhabditis elegans. Автор: Институт биологии Макса Планка в Тюбингене, Германия

Исследователи из Академии Синика (Тайвань) и Института биологии Макса Планка в Тюбингене (Германия) раскрыли, как ген нематод nhr-66 контролирует продукцию кутикулярных коллагенов, которые позволяют хищным грибам прилипать и захватывать свою добычу — нематод.

Хотя снижение экспрессии коллагена помогает нематодам избегать грибных ловушек, это также ослабляет их защитную кутикулу, что подчеркивает эволюционный компромисс в этом микроскопическом взаимодействии хищника и жертвы. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Biology.

Отношения «хищник-жертва» являются мощными двигателями эволюции, порождая сложные адаптации и контрадаптации по всему древу жизни. Один из самых увлекательных, но наименее заметных примеров происходит в почве, где плотоядные грибы охотятся на микроскопических червей, известных как нематоды.

Нематоды, такие как модельный организм Caenorhabditis elegans, представляют самую многочисленную группу животных на Земле. Они полагаются на свою внешнюю кутикулу, богатую разнообразными коллагеновыми белками, которая образует защитный слой против экологических вызовов и играет жизненно важную роль в поддержании структуры и формы тела червя.

Между тем, хищные грибы, такие как Arthrobotrys oligospora, используют специализированные ловушки — липкие сети — для физического захвата своей добычи-нематоды. Эта ситуация между двумя совершенно разными организмами предлагает уникальную возможность для изучения межцарственного взаимодействия хищника и жертвы и адгезии.

Исследователи изучили эту липкую битву со стороны нематоды с помощью сложных генетических скринингов. Они показали, как ген C. elegans nhr-66, фактор транскрипции, регулирующий производство ключевых кутикулярных коллагенов, действует как «липучка» для грибных ловушек. Потеря нормальной функции nhr-66 приводит к снижению экспрессии коллагена у нематод, ослабляя липкую связь и позволяя нематодам избегать захвата грибами.

Это открытие показывает, как нематоды балансируют между необходимостью защитной кутикулы и рисками хищничества, подчеркивая эволюционный компромисс между защитой и физиологической целостностью.

Липкое выживание: как грибы ловят свою добычу

Нематодоловящие грибы, такие как A. oligospora, захватывают свою добычу, выстреливая липкими сетями, чтобы физически поймать червей. «Завораживает видеть это под микроскопом — грибы захватывают нематод почти мгновенно. Нам было любопытно, как это работает», — говорит ведущий исследователь доктор Йен-Пинг Сюэ.

Проводя прямой генетический скрининг на модельной нематоде C. elegans, команда идентифицировала червей, способных избегать грибных ловушек. У этих устойчивых штаммов были обнаружены мутации, отключающие ген nhr-66, что подчеркивает его ключевую роль в этом взаимодействии с микроскопическими липкими ловушками.

Хотя снижение экспрессии гена nhr-66 позволяет червям-мутантам избегать захвата грибами, они платят за это высокую цену: без функционального белка nhr-66 их кутикула становится хрупкой, что делает их гиперчувствительными к воздействию окружающей среды, например, к обезвоживанию.

«Что нас удивило, так это насколько силен этот компромисс», — объясняет доктор Сюэ. «У этих устойчивых мутантов практически нет шансов выжить в естественной среде, потому что их ослабленная кутикула не справляется со стрессом, таким как дождь».

Более широкие последствия и будущие направления

Понимание молекулярного механизма, стоящего за грибной адгезией, имеет практический потенциал. «Если мы сможем полностью понять молекулярные и биохимические механизмы этой адгезии, мы, возможно, сможем разработать искусственные «супер-клеи», — предполагает доктор Сюэ, с возможными применениями в биотехнологии и борьбе с вредителями.

Первый автор Хан-Вен Чанг отмечает: «Изучение того, как работают кутикулы нематод, может вдохновить на создание новых био-адгезивов в материаловедении».

Больше информации: Han-Wen Chang et al, Cuticular collagens mediate cross-kingdom predator–prey interactions between trapping fungi and nematodes, PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003178

Источник: Max Planck Society