Мучнистая роса — это опасная болезнь для ячменя, которая может привести к потере до 40% урожая. Для защиты от мучнистой росы ячмень выработал ряд иммунных рецепторов, которые распознают соответствующие штаммоспецифические белки возбудителя, известные как эффекторы.
Ученые из Института исследований селекции растений имени Макса Планка в Кельне определили структуру, образуемую иммунным рецептором MLA13, в комплексе с соответствующим грибковым эффектором AVRA13-1.
Исследователи использовали метод криогенной электронной микроскопии, когда образцы охлаждаются до криогенных температур, а структура биологических образцов, например, белков, сохраняется за счет встраивания в аморфную форму льда. Полученная структура с атомным разрешением показывает, как иммунный рецептор растения и грибковый эффектор взаимодействуют друг с другом, а также структуру, которую принимает грибковый эффектор.
На основании полученных данных ученые создали версию другого иммунного рецептора MLA7, который распознает эффектор под названием AVRA7. Последовательности иммунных рецепторов MLA7 и MLA13-1 очень похожи друг на друга. Изменив всего одну аминокислоту в последовательности белка MLA7, исследователи смогли создать новую версию MLA7, которая стала распознавать два эффектора — AVRA13-1 и AVRA7.
Селекция растений включает в себя кропотливые и длительные скрещивания для получения растений с желаемым сочетанием различных признаков. Однако гриб, вызывающий мучнистую росу на ячмене, очень быстро меняется, поэтому традиционные методы селекции не успевают за появлением новых вирулентных вариантов гриба.
Продемонстрировав, как можно изменять или расширять специфичность иммунных рецепторов, ученые показали, что редактирование генов таких рецепторов с учетом их структуры может стать действенным инструментом для защиты ячменя от болезней и обеспечения продовольственной безопасности.
Результаты исследования взаимодействия рецепторов и эффекторов могут быть использованы для повышения устойчивости не только ячменя, но и других родственных ему видов, таких как пшеница, к возбудителю мучнистой росы.
Болезни зерновых культур являются лимитирующим фактором при экспорте. Изучением и разработкой методов диагностики опасных фитопатогенов зерновых занимаются в научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора), в дальнейшем разработки применяют в аккредитованных лабораториях Россельхознадзора.