Понимание этой стратегии может найти применение в медицине человека в поиске новых способов повышения иммунитета к бактериальным заболеваниям.
Портал AgroXXI.ru ознакомился с релизом Университета Солка, в котором сообщается о важном открытии в иммунной защите растений: «Растения, как и животные полагаются на железо для роста и регуляции микробиомов — скоплений бактерий, грибов и т. д., которые сосуществуют в таких местах, как кишечник у животных или почва вокруг корней растения. При этом растения выработали собственную стратегию для управления железом, чтобы ограничить размножение вредных почвенных бактерий в корневом микробиоме.
Теперь ученые из Университета Солка выяснили, как именно растения делают это - путем устранения IMA1, молекулярного сигнала дефицита железа в корнях, подверженных риску бактериальной атаки. Вместо сигнала в корнях, они перенаправляют большее количество IMA1 в листья, что позволяет лучше защищаться от бактериальной атаки. Таким образом, сигнальный путь дефицита железа и иммунная система растений глубоко связаны.
«Существует давняя связь между питанием растений железом и бактериями. Изучение этой связи с большим количеством нюансов позволило нам найти удивительный новый сигнальный путь, который растения используют для отключения поглощения железа в качестве стратегии защиты от угрожающих бактерий, что изменяет иммунный ответ растения», — говорит старший автор статьи, опубликованной в журнале Nature, Вольфганг Буш, профессор и исполнительный директор Инициативы Университета Солка по исследованию растений.
Поскольку биодоступное железо (железо в состоянии, которое могут использовать растения и животные) является относительно дефицитным питательным веществом, дефицит железа – и, как следствие, задержка роста растений – не редкость. Поскольку остановка роста не идеальна, растения разработали методы, способствующие усвоению железа в средах с низким содержанием железа. Однако, эти методы могут изменить весь микробиом вокруг корней и повысить доступность железа не только для растений, но и для вредных бактерий, живущих поблизости.
Чтобы разгадать сложную взаимосвязь между здоровьем растений, уровнем железа и бактериальной угрозой, исследователи обратились к небольшому модельному растению резуходвики Arabidopsis thaliana. Они выращивали растение в питательном субстрате с низким и высоким содержанием железа, а затем добавляли фрагменты жгутиков (хвостики, которые бактерии используют для передвижения), чтобы имитировать присутствие бактерий.
«Мы предположили, что между растением и бактериями будет своего рода конкуренция за железо. Но, к своему удивлению, обнаружили что когда растения чувствуют угрозу со стороны вредных бактерий, они готовы перестать получать железо и перестать расти — они лишат себя железа, чтобы ослабить врага», — говорит первый автор Мин Цао, постдокторант из лаборатории Буша.
Когда корни подверглись воздействию жгутиков в среде с низким содержанием железа, растения проявили неожиданную реакцию: вместо ожидаемой битвы за железо между растением и бактериями, растение немедленно проиграло, устранив сигнал дефицита железа IMA1. Когда корни подвергались воздействию жгутиков в среде с высоким содержанием железа, IMA1 не элиминировался, но и не нуждался в экспрессии, поскольку уровень железа был достаточным.
У растений, которые элиминировали IMA1 в ответ на низкий уровень железа и жгутиков, исследователи столкнулись с еще одним сюрпризом: накопление сигнального пути IMA1 в листьях, что дает преимущество перед бактериальной атакой. Это наблюдение привело к выводу, что доступность железа и передача сигналов о дефиците железа помогают управлять иммунным ответом растений.
Исследователи считают, что IMA1 может быть полезной мишенью для оптимизации иммунитета растений в условиях изменения климата и роста давления патогенов. Открытие того, что растения прекращают поглощение железа и останавливают свой рост перед лицом потенциально вредных бактерий, является началом гораздо более длинной истории об устойчивости растений, микробиомах растений и животных и изменении климата.
В планах команды ученых детально разобраться, как именно отдельные клетки в корнях растений отключают сигнальный путь IMA1. Изучение корней растений может рассказать ученым о других поглощающих тканях, таких как кишечник человека, чтобы они могли лучше понять взаимодействие микробиомов млекопитающих, иммунной системы и железа для оптимизации здоровья».
Источник: Salk Institute. Корень растения (серый) демонстрирует экспрессию IMA1 (желтый) во время дефицита железа (слева) и дефицита железа плюс симулированное присутствие бактерий (справа). Фото: Институт Солка.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.
