Zielone gałązki wyrastające z kolumny
Na zaatakowanym pędzie Corryocactus brevistylus widać kępkę zielonych gałązek z liśćmi. Należą do Ligaria cuneifolia, rośliny pasożytniczej z rodziny Loranthaceae. Ich nasada łączy się z tkanką rozwijającą się w kaktusie. Część zewnętrzna fotosyntetyzuje, a wewnętrzna zapewnia kontakt z gospodarzem. Cały pasożyt zachowuje zatem własną oś rozwoju, liście i układ przewodzący, jednocześnie korzystając z ciała innej rośliny. [Mauseth i wsp. 2015, s. 4–6]
Mauseth i współautorzy zebrali materiał 7 czerwca 2004 r., około 40 km na północny zachód od Arequipa. Szczegółowa próba obejmowała siedem pędów C. brevistylus, na których znajdowało się 19 dorosłych roślin i 12 siewek L. cuneifolia. Porównywano więc różne stadia kontaktu, od młodego organu wnikającego do gospodarza po trwałe połączenie rozwiniętej rośliny. Materiał utrwalono, wykonano cienkie przekroje i zabarwiono tkanki do obserwacji mikroskopowej. [Mauseth i wsp. 2015, s. 4]
Miękisz magazynujący wodę ma własne wiązki
Centralny walec osiowy kaktusa otaczają szerokie warstwy kory pierwotnej. W badanych pędach C. brevistylus jej grubość dochodziła do około 57 mm. Pod skórką leżała hipoderma z 6–8 warstw komórek o grubych ścianach. Dalej rozciągał się miękisz, a w nim sieć wiązek korowych. Takie wiązki zawierają elementy drewna i łyka i umożliwiają transport w rozległej tkance oddalonej od centrum pędu. [Mauseth i wsp. 2015, s. 4–5]
Hipoderma stanowi mechaniczną przeszkodę, a szeroki miękisz wydłuża drogę do głównych tkanek przewodzących. Autorzy rozpatrują obie cechy jako elementy biernej odporności kaktusa na rośliny pasożytnicze. Ligaria korzysta jednak z połączeń leżących bliżej powierzchni. Jej tkanki pozostają w zewnętrznej części kory i kontaktują się z wiązkami korowymi oraz pasmami biegnącymi do liści i pąków. [Mauseth i wsp. 2015, s. 3, 10–12]
Haustorium i endofit opisują kolejne stadia
Haustorium jest organem zapewniającym wejście pasożyta do ciała gospodarza i uzyskanie z nim połączenia. Autorzy omawianej pracy używają tego terminu dla młodych stadiów, wokół których kaktus wytwarza tkankę zabliźniającą. Późniejszą, rozwiniętą część wewnętrzną określają jako endofit. Endofit oznacza tu tkanki tej samej rośliny kwiatowej, której liście i gałązki widać na zewnątrz. Rozróżnienie porządkuje kolejne fazy kontaktu obu roślin. [Mauseth i wsp. 2015, s. 4]
Rozwinięty endofit tworzy zwarty, nieregularnie płatowaty obszar. W próbie jego średnica osiągała najwyżej około 20 mm, także pod dużymi częściami zewnętrznymi. Rozrost unosił tkanki kaktusa, tworząc kołnierz wokół nasady pasożyta. Między sąsiadującymi płatami endofitu niektóre komórki gospodarza były ściskane. Komórki Ligaria rozpoznawano m.in. po silniej wybarwionych jądrach oraz obecności komórek taninowych i sklereidów. [Mauseth i wsp. 2015, s. 6–7]
Ta sama tkanka korkotwórcza ma różne następstwa
W sąsiedztwie siewki komórki hipodermy zaczynały się dzielić i przyjmowały funkcję fellogenu, czyli tkanki wytwarzającej korek. Zwarta warstwa o grubych ścianach była zastępowana przez nowe warstwy komórek cienkościennych, przemieszane ze sklereidami. Miejscowa przebudowa osłabiała ciągłość pierwotnej bariery mechanicznej. W interpretacji autorów ułatwiała drogę do wnętrza kaktusa. [Mauseth i wsp. 2015, s. 10, 12]
Równocześnie komórki kory pierwotnej mogły wytwarzać tkankę zabliźniającą wokół haustorium. W dwóch młodych stadiach obserwowano prawie całkowite otoczenie organu pasożyta taką barierą. W jednym z nich poza barierę wyrósł mały płat endofitu. Wokół później rozwiniętych endofitów analogicznej osłony korkowej już nie stwierdzono. Znaczenie korka zależało więc od miejsca jego powstania i etapu rozwoju połączenia. [Mauseth i wsp. 2015, s. 10, ryc. 4]
Gospodarz rozbudowuje połączenie przewodzące
W pobliżu endofitu komórki miękiszu kaktusa dzieliły się i różnicowały w nowe wiązki przewodzące. Istniejące wiązki korowe i ślady liściowo-pąkowe także mogły zwiększać rozmiary. Reakcja była nierównomierna. Jedne pozostawały drobne, podczas gdy inne wytwarzały dużo wtórnego drewna i łyka. Połączenia kończyły się przy powierzchni endofitu, tworząc wokół niego rozgałęzioną sieć gospodarza. [Mauseth i wsp. 2015, s. 11]
W trzech próbkach pod największymi częściami zewnętrznymi niektóre ślady liściowo-pąkowe osiągały 8 mm średnicy i miały twarde drewno. W pozostałym materiale połączenia były zwykle mikroskopijne. Tak silny przyrost wtórny w wiązkach położonych w korze pierwotnej stanowił rozwój nietypowy dla niezaatakowanego fragmentu pędu. Autorzy porównują go z sytuacją, w której pobliska areola tworzy rozgałęzienie wymagające nowego wsparcia przewodzącego i mechanicznego. [Mauseth i wsp. 2015, s. 11–12]
Granica kontaktu składa się głównie z miękiszu
Na powierzchni płatów endofitu dominowały drobne, ściśle przylegające komórki miękiszowe. Naczynia pasożyta docierały do tej granicy rzadko. Często stykały się z miękiszem gospodarza, a bezpośredni kontakt naczynia z naczyniem był nieliczny. Gdy występował, obie rośliny łączyły się przez jamki w ścianach. Nie obserwowano perforacji otwierającej wspólne światło naczynia przez granicę gospodarza i pasożyta. [Mauseth i wsp. 2015, s. 9–10, ryc. 11–13]
We wnętrzu endofitu była obecna tkanka przypominająca łyko, lecz nie rozpoznano w niej członów rurek sitowych ani pól sitowych. Rurki sitowe kaktusa również nie dochodziły bezpośrednio do powierzchni endofitu. Te obserwacje opisują budowę połączenia i jego ograniczenia. Droga przepływu konkretnych substancji oraz wielkość strumienia wody wymagałyby pomiarów fizjologicznych, których omawiana praca nie obejmowała. [Mauseth i wsp. 2015, s. 9, 11]
Rozbudowa drewna współistnieje z barierami
Część komórek kaktusa przy granicy endofitu zapadała się i obumierała. W innych miejscach powstawało drewno bogate w sklerotyzowany miękisz, czyli żywe komórki z silnie zgrubiałymi i zdrewniałymi ścianami. Naczyń było w nim stosunkowo mało. Autorzy rozpatrują warstwy martwych komórek i sklerotyzację jako odpowiedzi mogące utrudniać przenoszenie wody i składników do pasożyta. Ich obronną funkcję wnioskują z anatomii. [Mauseth i wsp. 2015, s. 10–12, ryc. 16–17]
Inne zmiany sprzyjały utrzymaniu połączenia. Powstawanie nowych wiązek, zwiększenie powierzchni drewna przy endoficie i rozbudowa istniejących pasm poprawiały anatomiczne warunki jego zaopatrzenia. Rozwijający się kaktus tworzył więc równocześnie struktury o odmiennych następstwach. Ten obraz pozwala wyjaśnić, dlaczego wyraźna reakcja gospodarza może współistnieć z długotrwałym utrzymaniem zdrowo wyglądających liści pasożyta. [Mauseth i wsp. 2015, s. 12]
Reakcja sięga poza miejsce obecności pasożyta
Komórki Ligaria pozostawały w zwartym endoficie blisko powierzchni. Autorzy nie wykryli ich w walcu osiowym ani w odległych częściach badanego pędu. Mimo tego kaktus reagował dalej od bezpośredniego kontaktu. W opisanej próbce, 130 mm poniżej dużej części zewnętrznej, miękisz żebra leżącego pod pasożytem był twardszy niż w pozostałych żebrach. Po tej samej stronie zwiększała się grubość drewna walca osiowego. [Mauseth i wsp. 2015, s. 10–12]
Osobne oględziny ponad stu zaatakowanych pędów wykazały zamieranie części kaktusa powyżej miejsca występowania pasożyta. Martwe tkanki zastępowała niewielka, wklęsła powierzchnia zamknięta tkanką zabliźniającą. Nie był to wynik doświadczenia z kontrolowanym zakażeniem. Autorzy wiązali obraz z możliwym uszkodzeniem młodego wierzchołka, a dokładny przebieg i przyczyna zamierania pozostawały hipotezą. [Mauseth i wsp. 2015, s. 11–12]
Przebudowa rozwoju i granice wyjaśnienia
Najważniejszy obraz tego połączenia wynika z położenia tkanek. Pasożyt zachowuje mały endofit w korze pierwotnej, a gospodarz rozbudowuje doprowadzające do niego pasma przewodzące. Jednocześnie tworzy martwe warstwy, tkankę zabliźniającą i sklerotyzowany miękisz. Są to dokładnie udokumentowane kierunki zmian rozwojowych w badanej relacji Ligaria cuneifolia i Corryocactus brevistylus. [Mauseth i wsp. 2015, s. 12–13]
Chemiczny sygnał uruchamiający te zmiany nie został w pracy zidentyfikowany. Nie oznaczano stężeń hormonów ani ekspresji genów związanych z sygnalizacją hormonalną. Określenie wpływu pasożyta na rozwój opisuje związek widoczny w histologii. Mechanizm molekularny, koszt dla bilansu wodnego oraz wpływ na długotrwałe przeżycie i rozmnażanie gospodarza pozostają osobnymi zagadnieniami do zbadania. [Mauseth i wsp. 2015, Materiał i metody, Dyskusja]
Pełny tekst badania anatomicznego Mausetha i współautorów z 2015 r. Materiał pochodzi z 2004 r. Rozdzielono obserwacje histologiczne, funkcjonalną interpretację barier oraz nieustalony mechanizm sygnałowy.
Host Response and Endophyte Structure of the Mistletoe Ligaria cuneifolia (Loranthaceae) Parasitizing Corryocactus brevistylus (Cactaceae)
Mauseth J. D., Benigno S., Cáceres Huamani F., Ostolaza C., Host Response and Endophyte Structure of the Mistletoe Ligaria cuneifolia (Loranthaceae) Parasitizing Corryocactus brevistylus (Cactaceae), Haseltonia, 2015, 21:3-13, doi: 10.2985/026.021.0103
Badanie histologiczne Ligaria cuneifolia rozwijającej się na Corryocactus brevistylus. Porównuje młode haustoria i rozwinięte endofity, przebudowę hipodermy, tworzenie wiązek korowych, przyrost drewna i bariery na granicy obu roślin. Materiał z okolic Arequipa zebrano w 2004 r. Funkcję obronną części zmian autorzy interpretują na podstawie anatomii, bez eksperymentalnej identyfikacji sygnału chemicznego.
