Тля, саранча, клещи и другие вредители – не единственные, кто способен быстро уничтожить урожай. Многие вредоносные бактерии нашли способы обойти защитные механизмы растений. Когда-то здоровый куст томата может быстро заболеть и покрыться пятнами из-за микроскопических врагов, вооружённых целым арсеналом уловок.
В недавнем исследовании учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили механизм, который помогает бактерии Pseudomonas syringae обратить фундаментальные биологические свойства растения против него самого. Результаты исследования, недавно опубликованные в журнале mBio, могут в конечном итоге привести к появлению новых подходов к защите сельскохозяйственных культур, считает соавтор исследования Барбара Кункель, профессор биологии в области искусств и наук: «Если мы поймём механизм заражения, мы сможем его остановить».
Ведущим автором исследования является Чиа-Юнь «Синтия» Ли, которая на момент проведения исследования была аспиранткой в лаборатории Кункель, а сейчас является научным сотрудником-постдоком в области биологии. Соавтором также является Майя Ирвайн, которая на момент проведения исследования была ассистентом-исследователем.
Известно, что бактерии, ассоциированные с растениями, используют важнейший фитогормон под названием ауксин, говорит Кункель. Этот гормон, присутствующий во всех наземных растениях, от мхов до деревьев, выполняет множество функций, включая стимуляцию роста и, что особенно важно, регуляцию реакций на окружающую среду.
Ученые подозревали, что P. syringae и другие бактерии развили способность «слушать» сигнальные процессы ауксина в растении. Когда бактерии замечают, что растение производит больше ауксина, они усиливают свою атаку.
«Выделение ауксина сигнализирует бактериям, что атака эффективна, поэтому они размножаются и становятся ещё более агрессивными. Это хитрый способ воспользоваться биологическими особенностями растения и манипулировать ими», — сказала Кункель.
Но ключевой вопрос оставался: как бактерии могут улавливать химический сигнал растения? Чтобы ответить на этот вопрос, команда Вашингтонского университета внимательно изучила молекулярный и генетический аппарат P. syringae, поражающий резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana), растение из семейства крестоцветных, используемое во многих исследованиях Вашингтонского университета и других университетов. «Мы начали искать бактериальные гены, которые могли бы участвовать в распознавании ауксина, и нашли подходящего кандидата», — говорит Ли.
Команда идентифицировала белок PmeR, который, казалось, подходил под это описание. Он не только способен обнаруживать ауксин, или, точнее, отдельное соединение, связанное с ауксином, но и активировать определённые гены у бактерий, которые делают их более агрессивными и вирулентными. «Как только бактерии косвенно чувствуют присутствие ауксина, они изменяют экспрессию своих генов, чтобы лучше выживать внутри растения», — поясняет Кункель.
По ее словам, это понимание сложного взаимодействия между растениями и атакующими их бактериями может в конечном итоге привести к новым подходам к защите сельскохозяйственных культур. Нет очевидного способа воздействия на белок PmeR у диких бактерий, и, конечно же, невозможно заблокировать или удалить жизненно важный гормон ауксин из томатов или любого другого растения. Но, возможно, существует другой возможный подход.
Группа Кункель работает с Джо Джезом, профессором биологии, чтобы выяснить, можно ли сделать патогенные бактерии «слепыми» к ауксину.
«Если бы мы лучше понимали, как бактерии воспринимают ауксин, мы могли бы разработать соединение, которое имитирует ауксин или родственные ему молекулы, дезориентирует бактерии и блокирует эту систему, делающую их вирулентными. Возможно, мы могли бы опрыскивать поля этим соединением», — сказала Кункель.
Прежде чем любое подобное соединение станет реальностью, исследователям необходимо лучше понять физическую структуру участвующих молекул. «Вот тут-то и появляется Джо. У него есть инструменты и знания, необходимые для понимания даже самых сложных структур», — говорит Кункель.
Исследователи пока ещё далеки от того, чтобы остановить P. syringae и другие бактерии в их стремлении найти новые растения для заражения. Но понимание механизмов атаки остаётся важным и захватывающим достижением, отмечает Ли: «Общение между бактериями и растениями сложнее, чем мы изначально предполагали, но мы добиваемся прогресса».
Источник: Washington University in St. Louis. Автор: Крис Вулстон.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.