Мхи, печеночники (маршанциевые мхи), папоротники и водоросли становятся новым захватывающим рубежом исследований в решении глобальной проблемы защиты сельскохозяйственных культур от угрозы болезней.
Эти нецветковые растения часто считаются примитивными по сравнению с их цветущими родственниками, к которым относятся основные сельскохозяйственные культуры. Однако новое исследование, проведенное учеными Центра Джона Иннеса, показало, что нецветущие мохообразные, и в частности мхи, содержат сложные наборы иммунных рецепторов.
«Несосудистые и нецветковые мохообразные часто считаются простыми предшественниками цветковых растений, но мы обнаружили, что мхи, в частности, обладают расширенным набором иммунных рецепторов, которые, возможно, являются самыми сложными среди растений», — сказал доктор Фил Карелла, руководитель группы в Центре Джона Иннеса и автор исследования.
Биотехнологические методы показали, что домены иммунных рецепторов NLR, которые защищают растения от патогенов, могут передаваться между цветковыми и нецветковыми растениями.
Доктор Карелла добавил: «Самое интересное в этом исследовании заключается в том, что разнообразный иммунитет, обнаруженный у нецветущих растений, таких как мхи, может передаваться, поэтому они представляют собой источник новых генов устойчивости к патогенам. Это открывает новые захватывающие возможности для создания иммунитета у основных сельскохозяйственных культур, которые сталкиваются с растущей угрозой со стороны новых и быстро эволюционирующих патогенов, усугубляемой изменением климата».
Растения выработали иммунные рецепторы с лейциновым повтором (NLR) для обнаружения патогенов на протяжении миллионов лет. NLR цветковых растений — хорошо изученный предмет, но гораздо меньше известно о форме и функции рецепторов из расходящихся линий нецветковых, несосудистых мохообразных.
Мохообразные отделились от цветковых растений более 500 миллионов лет назад, и знания об их иммунных системах ограничены. Используя комбинацию генетических и вычислительных инструментов, команда сосредоточилась на N-концевом домене иммунных рецепторов NLR, которые кодируют биохимическую основу иммунитета растений.
Они обнаружили, что существует поразительное структурное и функциональное сходство между доменами иммунных рецепторов у различных линий растений, хотя генетические последовательности этих доменов сильно различаются.
Используя методы транзиентной экспрессии, они перенесли гены иммунных рецепторов, полученные из нецветковых растений, таких как печеночник Marchantia polymorpha, в цветущее модельное растение Nicotiana benthamiana, разновидность карликового табака.
Разнообразные домены иммунных рецепторов активировали сильные иммунные реакции при кратковременной экспрессии в цветущих растениях. Обратное также было верно, поскольку исследователи обнаружили, что они могли функционально переносить иммунный домен из цветущих растений в нецветущие растения.
Тот факт, что эти домены переносимы и функционируют в разных линиях растений, является прорывом в понимании и предлагает практическое применение для защиты растений.
«Это означает, что мы можем использовать нецветковые растения, такие как мхи или печеночники, в качестве источника новых генов устойчивости к патогенам сельскохозяйственных культур. Мы показываем, что мы действительно можем использовать огромное эволюционное разнообразие иммунных рецепторов во всем растительном царстве. Таким образом, наши возможности по созданию иммунитета намного шире, чем мы изначально думали», - пояснил доктор Карелла.
Группа также изучает эволюционные новшества, закодированные в бриофитах, как источник открытия генов, которые можно использовать для защиты сельскохозяйственных культур от болезней. Будущие эксперименты будут направлены на выявление молекул патогенов, которые вызывают иммунитет у различных растений. Исследователи также попытаются понять, как компоненты иммунного рецептора объединяются для активации иммунного ответа.
Исследование также предлагает биологическое понимание, сказал доктор Карелла: «Часто считается, что цветковые растения являются вершиной эволюции. Но наше исследование показывает, что, вероятно, существует сложность биохимии иммунных рецепторов в нецветковых растениях, которая может стать новым резервуаром для иммунитета, если мы сможем перенести их в сельскохозяйственные культуры».
Источник и фото: John Innes Centre.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.