Пшеница является основным продуктом питания для миллиардов людей и одним из главных источников кормов для животных. Простота выращивания, хранения и переработки, а также ее питательная ценность сделали пшеницу самой производимой и продаваемой культурой в мире. За последние 10 лет ежегодно выращивалось более 750 млн тонн (для сравнения: ежегодный объем производства риса едва превысил 500 млн тонн).
Изменение климата приводит к появлению новых возбудителей болезней в ранее свободных местах производства. Для разработки технологий, позволяющих защитить ценные продовольственные культуры, необходимо изучать иммунитет растений.
Растения имеют эффективные иммунные системы — специфические молекулярные реакции, возникающие в ответ на проникновение патогена, которые помогают растению выжить.
Исследователи Университета науки и технологий имени короля Абдаллы изучили молекулярный механизм, который инициирует иммунный ответ пшеницы на стеблевую ржавчину.
Стеблевую ржавчину иногда называют полиомиелитом пшеницы, и исторически она была причиной голода во многих странах. Несмотря на то что в результате сельскохозяйственных практик была выведена пшеница, устойчивая к возбудителю этой болезни, внезапное распространение стеблевой ржавчины может уничтожить весь урожай.
Иммунная реакция начинается, когда возбудитель стеблевой ржавчины взаимодействует с особым типом белков, известных как «тандемные киназы». Киназы — это универсальные молекулы, которые работают в иммунологии человека, также известны своей ролью в иммунитете растений. Тандемные киназы получили свое название из-за того, что они физически связаны друг с другом.
Исследование показывает, что для достижения иммунного ответа первые молекулярные реакции осуществляют тандемные киназы. В конечном итоге, этот иммунный ответ убивает клетку, лишая патоген питательных веществ, которые он получает паразитическим путем. Таким образом, патоген не может размножаться и заражать больше клеток, а погибает вместе со своим зараженным хозяином.
В ходе исследования было показано, что в отсутствие патогена тандемные киназы связаны друг с другом, что делает их неактивными. Однако, когда патоген связывается с одной из киназ, вторая освобождается для включения иммунного ответа. Этот механизм позволяет понять, как сконструировать пшеницу, обладающую повышенной устойчивостью к опасным возбудителям болезней.
Благодаря эволюционному сохранению иммунного механизма у злаков в отношении других патогенов, исследование создает основу для укрепления иммунитета зерновых культур против многих болезней. Полученные результаты позволяют разработать стратегию создания пшеницы и других злаковых культур, обладающих сильным иммунитетом против инфекции.
Болезни пшеницы являются лимитирующим фактором при экспорте данной культуры. Изучением и разработкой методов диагностики опасных фитопатогенов пшеницы занимаются в научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора), в дальнейшем разработки применяют в аккредитованных лабораториях Россельхознадзора.
Источник: Renjie Chen et al, A wheat tandem kinase activates an NLR to trigger immunity, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp5034. www.science.org/doi/10.1126/science.adp5034