Растения используют определенные молекулы для включения ключевых центров управления обороной против болезнетворных патогенов, что важно знать для разработки защиты культур в будущем
Два исследования, опубликованные в журнале Science учеными из Института исследований селекции растений Макса Планка в Кельне, Германия, в сотрудничестве с коллегами из Китая, сообщают об открытии естественных клеточных молекул, которые управляют критическими иммунными реакциями растений, сообщает портал phys.org.
Мировое производство продовольствия должно удвоиться к 2050 году, чтобы к тому времени прокормить ожидаемые дополнительные 2 миллиарда человек, живущих на Земле. Это требует повышения урожайности многих основных сельскохозяйственных культур. Для этого необходимо разработать стратегии, позволяющие сделать растения более устойчивыми к микроскопическим инфекционным агентам, а также обеспечить экологическую безопасность производства продуктов питания. Достижение этого, в свою очередь, требует детального понимания иммунной системы — защиты, которую растения выстраивают при столкновении с вторгающимися микроорганизмами.
В двух исследованиях, ученые под руководством Джиджи Чай и Джейн Паркер из Института исследований селекции растений им. Макса Планка в Кельне и Кельнского университета в Германии в сотрудничестве с группой Цзюньбяо Чанга из Университета Чжэнчжоу и группой под руководством Чжифу Ханя из Университета в Пекине, идентифицировали два класса молекул и определили их способы действия в опосредовании иммунных ответов внутри растительных клеток.
Их результаты прокладывают путь к разработке биоактивных малых молекул, которые могут позволить манипулировать устойчивостью растений к вредным микробам.
На молекулярном уровне основная иммунная стратегия, используемая растениями, включает белки, называемые нуклеотидсвязывающими рецепторами повторов, богатыми лейцином, или сокращенно NLR.
NLR активируются вторжением микроорганизмов и запускают защитную, так называемую, гиперчувствительную реакцию, которая включает ограничение роста возбудителя и часто строго ограниченную гибель клеток в месте заражения — сродни ампутации, например, пальца ноги для обеспечения выживания организма человека.
Было доказано, что один класс белков NLR, имеющих так называемые домены рецептора толл/интерлейкина-1 (TIR), которые называются TIR-NLR (или TNL), передает сигналы нижестоящему иммунному белку Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1).
Меньшие белки, содержащие TIR, также передают сигналы в EDS1, чтобы усилить устойчивость к болезням.
EDS1 функционирует как центр управления, который, в зависимости от типов других белков, с которыми он взаимодействует, подталкивает растительные клетки к ограничению роста патогенов или к гибели клеток. Более ранняя работа показала, что рецепторы TNL и белки TIR на самом деле являются ферментами, индуцированными патогенами. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эти ферменты TIR продуцируют небольшой мессенджер для передачи сигналов EDS1 внутри клеток.
Однако идентичность точных молекул, генерируемых TNL или TIR, которые стимулируют различные иммунные ответы, была не определена.
Паркер и его коллеги установили, что два функциональных модуля EDS1, приводящие к иммунитету или гибели клеток, могут запускаться активируемыми патогенами ферментами TNL внутри растительных клеток.
Чтобы идентифицировать небольшие молекулы, продуцируемые TNL или TIR и действующие на EDS1, группа китайских ученых применила к растениям метод восстановления ключевых компонентов сигнального пути в клетках насекомых, принцип, позволяющий производить и очищать большое количество молекул для последующего выделения и характеристик.
Используя этот подход, исследователи обнаружили два разных класса модифицированных нуклеотидных молекул, продуцируемых TNL и TIR. Эти соединения преимущественно связывались с различными субкомплексами EDS1 и активировали их. Следовательно, авторы статьи сообщают, что различные субкомплексы EDS1 распознают определенные молекулы, продуцируемые TIR, которые функционируют как химические вещества, несущие информацию.
Иммунные рецепторы TIR и белки-концентраторы EDS1 существуют во многих важных видах сельскохозяйственных культур, таких как рис и пшеница, и Джиджи Чай указывает, что «идентифицированные небольшие молекулы, катализируемые TIR, могут использоваться в качестве общих и естественных иммуностимуляторов для борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур». Джейн Паркер отмечает, что «знание биохимических способов действия этих небольших молекул открывает совершенно новую главу в области передачи сигналов иммунитета растений и борьбы с болезнями».
(Источник: phys.org. Фото: Дмитрий Лукьянов).
