Визуализация ранних очагов заражения рисовой бластной болезнью (Magnaporthe oryzae) на ячмене (Hordeum vulgare) с помощью базового микроскопа и смартфона

Magnaporthe oryzae, рисовый гриб, поражает ряд зерновых культур, включая ячмень, пшеницу и рис¹. Этот патоген вызывает разрушительные болезни и представляет угрозу для этих ценных культур во всем мире, вызывая полную потерю урожая, если его не контролировать. Многие лаборатории по всему миру уделяют особое внимание болезни риса из-за ее глобальной угрозы и ее свойств в качестве отличной модели взаимодействия растений и грибов². Он был полностью секвенирован, и генетика его инфекционного цикла, особенно ранних событий, была установлена ^3,4. Жизненный цикл начинается с того, что споры прорастают на поверхности листа, образуя специализированную структуру проникновения, называемую аппрессориумом. Аппрессориум проникает в ткани листа, и инфекция продолжается с развитием поражений, которые запускают процесс спороношения и распространяют болезнь⁴. Предотвращение любого из этих ранних событий резко подавило бы эту разрушительную болезнь. Следовательно, большинство современных исследований бластной болезни было сосредоточено на ранних стадиях инфекции, от проросших конидий, образующих аппрессорий, до развития инвазивных гиф и биотрофного межфазного комплекса (BIC)⁵.

Огромное количество исследований бластной болезни было проведено на рисе, несмотря на то, что M. oryzae является важным патогеном для различных сельскохозяйственных культур, а недавно выведенные штаммы становятся глобальной угрозой для пшеницы⁶. В то время как рис является одной из трех основных сельскохозяйственных культур, используемых для кормления населения, наряду с пшеницей и кукурузой, ячмень является четвертым зерновым зерном с точки зрения производства кормов для скота и пива⁷. По мере роста индустрии крафтового пива растет и экономическая ценность ячменя. Существуют явные преимущества использования M. oryzae и ячменя в качестве патосистемы для изучения бластной болезни. Во-первых, существуют штаммы M. oryzae , которые заражают только ячмень, а также штаммы, которые могут заражать несколько видов трав. Например, 4091-5-8 заражает в первую очередь только ячмень, в то время как Guy11 и 70-15 могут заражать как ячмень, так и рис⁸. Эти штаммы генетически схожи, и процесс заражения сопоставим⁹. Во-вторых, в стандартных лабораторных и тепличных условиях ячмень легче выращивать, так как он не предъявляет сложных требований к рису (лаконичный контроль температуры, высокая влажность, специфические световые спектры). Существуют также проблемы с визуализацией риса из-за гидрофобности поверхности листа, которую ячмень не проявляет¹⁰.

Этот протокол представляет собой простой метод выделения и эффективного использования оболочек листьев ячменя для микроскопического анализа нескольких стадий инфекции с использованием обычных лабораторных принадлежностей и смартфона для сбора данных. Этот метод анализа оболочки листьев ячменя можно адаптировать для лабораторий по всему миру, поскольку он требует минимальных поставок, но при этом дает четкую картину микроскопического взаимодействия между патогеном и первыми несколькими клетками, которые он заражает. В то время как анализы патогенности, такие как инокуляция спреем или каплями, могут обеспечить макропредставление о способности патогена образовывать поражения, этот анализ позволяет исследователю визуализировать конкретные этапы ранней инфекции, от событий до проникновения до колонизации клеток эпидермиса. Кроме того, исследователи могут легко сравнить инфекцию грибком дикого типа с инфекцией мутантом с пониженной вирулентностью.