Вчені виявили молекули, що підвищують імунітет рослин
Два дослідження, опубліковані в журналі Science вченими з Інституту досліджень селекції рослин Макса Планка в Кельні, Німеччина, у співпраці з колегами з Китаю, виявили природні клітинні молекули, які керують критичними імунними реакціями рослин. Ці сполуки мають всі ознаки того, що вони є невеликими посильними, пристосованими рослинами для включення ключових центрів управління обороною. Використання цих знань може дозволити вченим та селекціонерам розробити молекули, які зроблять рослини, у тому числі багато важливих видів сільськогосподарських культур, стійкіших до хвороб.
Світове виробництво продовольства має подвоїтися до 2050 року, щоб на той час прогодувати очікувані додаткові 2 мільярди людей, які живуть Землі. Збільшення виробництва продовольства потребує підвищення врожайності багатьох наших основних сільськогосподарських культур. Для цього необхідно розробити стратегії, що дозволяють зробити рослини стійкішими до мікроскопічних інфекційних агентів, а також забезпечити екологічну безпеку виробництва продуктів харчування. Досягнення цього, у свою чергу, вимагає детального розуміння імунної системи рослин — захисту, яку рослини вибудовують при зіткненні з мікроорганізмами, що вторгаються.
Тепер, у двох дослідженнях, вчені під керівництвом Джіджі Чай та Джейн Паркер з Інституту досліджень селекції рослин ім. Макса Планка в Кельні і Кельнського університету в Німеччині у співпраці з групою Цзюньбяо Чанга з Університету Чженчжоу в Чженчжоу і Чжифу Хань і його колеги з Цинхуа Університет в Пекіні, Китай, ідентифікував два класи молекул і визначив їх . Їхні результати прокладають шлях до розробки біоактивних малих молекул, які можуть дозволити дослідникам і рослинникам маніпулювати і тим самим підвищувати стійкість рослин до шкідливих мікробів.
На молекулярному рівні основна імунна стратегія, використовувана рослинами, включає білки, звані нуклеотидзв'язуючими рецепторами повторів, багатими на лейцин, або скорочено NLR. NLR активуються вторгненням мікроорганізмів та запускають захисні імунні реакції. Ці імунні реакції завершуються так званою гіперчутливою реакцією, яка включає обмеження росту збудника і часто суворо обмежену загибель клітин у місці зараження - схожа на ампутацію пальця ноги для забезпечення виживання організму.
Було показано, що один клас білків NLR, що мають так звані домени рецептора толл/інтерлейкіну-1 (TIR), які називаються TIR-NLR (або TNL), передають сигнали нижчому імунному білку Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1). ). Менші білки, що містять TIR, також передають сигнали EDS1, щоб посилити стійкість до хвороб. EDS1 функціонує як центр управління, який, залежно від типів інших білків, з якими він взаємодіє, підштовхує рослинні клітини до обмеження зростання патогенів або загибелі клітин. Більш рання робота показала, що TNL рецептори і білки TIR насправді є ферментами, індукованими патогенами. Наявні дані свідчать, що ці ферменти TIR продукують невеликий месенджер або месенджер (и), які передають сигнали EDS1 всередині клітин. Однак ідентичність точних молекул, що генеруються TNL або TIR, які стимулюють різні імунні відповіді, залишається невловимою.
Паркер та його колеги встановили, що два функціональні модулі EDS1, що призводять до імунітету або загибелі клітин, можуть запускатися активованими патогенами ферментами TNL усередині рослинних клітин. Щоб ідентифікувати невеликі молекули, що продукуються TNL або TIR та діють на EDS1, група Chai відновила ключові компоненти сигнального шляху в клітинах комах, систему, яка дозволяє виробляти та очищати велику кількість молекул, які потім можна виділити та охарактеризувати. Використовуючи цей підхід, автори виявили два різні класи модифікованих нуклеотидних молекул, що продукуються TNL і TIR. Ці сполуки переважно зв'язувалися з різними субкомплексами EDS1 та активували їх. Отже, автори демонструють, що різні субкомплекси EDS1 розпізнають певні молекули, які продукуються TIR, які функціонують як хімічні речовини, що несуть інформацію.
Імунні рецептори TIR і білки-концентратори EDS1 існують у багатьох важливих видах сільськогосподарських культур, таких як рис і пшениця.
Джіджі Чай вказує, що «ідентифіковані невеликі молекули, що каталізуються TIR, можуть використовуватися як загальні та природні імуностимулятори для боротьби з хворобами сільськогосподарських культур».
Джейн Паркер далі зазначає, що «знання біохімічних способів дії цих невеликих молекул відкриває зовсім новий розділ у галузі передачі сигналів імунітету рослин та боротьби з хворобами».
Також читайте: