Растения постоянно развивают новые иммунные рецепторы к постоянно меняющимся патогенам. Исследователи из Центра наук об устойчивых ресурсах RIKEN (CSRS) проследили происхождение и эволюционную траекторию растительных иммунных рецепторов. Их открытие облегчит идентификацию генов иммунных рецепторов на основе геномной информации поможет в создании устойчивых к болезням культур.
Как и у животных, у растений есть иммунные реакции, которые помогают им защищаться от таких патогенов, как вирусы, бактерии, грибы и оомицеты. Однако, прежде чем захватчиков можно будет остановить, их необходимо сначала обнаружить, и это достигается с помощью рецепторов распознавания образов, расположенных на поверхности растительных клеток.
Способность этих рецепторов обнаруживать молекулярные структуры, связанные с патогенами, зависит от двух типов белков, называемых RLP и RLK, оба из которых могут содержать богатые лейцином повторы — участки, в которых аминокислота лейцин появляется несколько раз.
Чтобы проследить эволюцию иммунитета растений, международная исследовательская группа под руководством Кена Ширасу и Ясухиро Кадоты из RIKEN CSRS изучила количество и структуру рецепторов. Они проанализировали более 170 000 генов, кодирующих RLK, и около 40 000 генов, кодирующих RLP, которые они получили из общедоступных данных, взятых из 350 видов растений.
Ученые обнаружили, что RLK и RLP с повторами, богатыми лейцином, являются наиболее распространенными типами рецепторов среди всех видов растений, составляя почти половину RLK и 70% RLP.
Известно, что RLP и некоторые RLK содержат специальную островную область, которая имеет решающее значение для распознавания частей патогенов. Исследование команды RIKEN CSRS показало, что среди RLP, содержащих повторы, богатые лейцином, этот особый регион почти всегда располагался в одном и том же месте; между 4-м и 5-м повторами, богатыми лейцином. Было обнаружено, что эти RLP связаны с иммунными реакциями. Команда также выяснила, что островной регион располагался в одном и том же месте в некоторых RLK, почти все из которых принадлежат к функциональной группе, регулирующей рост и развитие.
Сравнительный анализ показал, что последовательность четырех повторов ниже островной области была очень схожа между двумя типами белковых детекторов, что позволяет предположить, что они имеют общее эволюционное происхождение.
В частности, эти четыре набора лейциновых повторов содержали участки, необходимые для связывания с одним и тем же корецептором, называемым BAK1. Это означает, что RLP, связанные с иммунитетом, и RLK, связанные с ростом, унаследовали способность связывать BAK1 от общего предка.
«Интересно то, что мы обнаружили, что замена четырех областей богатых лейцином повторов между этими рецепторами не нарушила их функциональность», — говорит Бруно Пок Ман Нгоу, проводивший исследование.
Создание гибридного рецептора путем объединения RLK, связанного с ростом, с RLP, связанного с иммунитетом, привело к созданию гибридного рецептора, который распознавал патогены и индуцировал как иммунные, так и связанные с ростом реакции. Это означает, что ученые смогут создавать рецепторы с новыми функциями, заменяя эти модули.
Как LRR-RLP, связанные с иммунитетом, так и LRR-RLK, связанные с ростом, произошли от общего предка и унаследовали последние четыре LRR и способность связываться с корецептором BAK1. Химерный рецептор, который включает цитоплазматический киназный домен LRR-RLK, связанный с ростом, в LRR-RLP, связанный с иммунитетом, активирует как иммунный ответ, так и ответ роста при распознавании молекулы, полученной из патогена. LRR — богатый лейцином повтор; RLP, рецептороподобный белок; RLK, рецептороподобная киназа.
Это исследование затронуло происхождение иммунитета растений на молекулярном уровне, показав, что одновременный анализ информации из нескольких геномов растений может позволить прямое и точное предсказание генов, участвующих в иммунитете и росте растений.
«В настоящее время мы изолируем иммунные рецепторы от различных растений, используя эту информацию, стремясь к практическому применению, например, к созданию устойчивых к болезням культур в будущем», — говорит Ширасу. Это исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: RIKEN.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.