Анализ всего генома выявил хитиназы как предполагаемые белки, связанные с защитой от патогенных грибов в геномах Coffea arabica и его предшественников.
Кофе является одним из самых экономически значимых товаров в мире. В сезоне 2023/2024 общий объем производства достиг 178,0 миллионов мешков.
Среди видов Coffea заслуживают внимания Coffea arabica (арабика) и Coffea canephora (робуста), на которые приходится 57,4% и 42,6% мирового коммерческого производства кофе соответственно.
Сорт кофе арабика является аллотетраплоидным (2 n = 4 x = 44), что отличает его от других видов кофейных деревьев, которые являются диплоидными (2 n = 2 x = 22).
Сорт арабика произошел от одного случая естественной гибридизации между C. canephora и C. eugenioides (кофе евгениевидный). Несмотря на то, что вид арабика является аллотетраплоидным, у него диплоидное мейотическое поведение и дисомное наследование.
В целом считается, что арабика обладает лучшими питьевыми качествами по сравнению с робустой из-за более низкого содержания кофеина и более высокого содержания сахарозы.
Арабика выращивается в тропических и субтропических регионах Африки, Карибского бассейна, Центральной Америки, Мексики, Южной Америки, Азии и Океании. Бразилия является крупнейшим производителем кофе арабика, на долю которого приходится 56,27% мирового производства.
Вместе с тем выращивание арабики очень чувствительно к климатическим условиям, что создает значительные проблемы в тропических регионах, где изменение климата приводит к потерям производства, снижению урожайности, ухудшению качества и увеличению числа вредителей и болезней.
Различные грибные заболевания существенно влияют на производство кофе во всем мире. Хотя селекционеры кофе уже вывели устойчивые сорта для борьбы с грибными заболеваниями, такими как кофейная ржавчина (Hemileia vastatrix), устойчивые сорта для борьбы с другими заболеваниями, такими как бурая пятнистость (Cercospora coffeicola), еще не разработаны.
В этом контексте изучение защитных механизмов растений кофе особенно актуально, поскольку грибные патогены остаются серьезной проблемой для производства.
Понимание механизмов защиты растений имеет решающее значение в достижении устойчивости к болезням.
Известно, что антиоксидантные и гидролитические ферменты – хитиназы – играют важную роль в иммунной системе защиты растений. Они проявляют конститутивную активность и демонстрируют повышенную активность в ответ на биотические и абиотические стрессы. Эти белки демонстрируют высокое разнообразие и функциональность, играя критически важную роль в различных клеточных процессах, таких как рост, развитие и стрессовые реакции, особенно в защите от фитопатогенов.
Хитиназы катализируют гидролиз β-1,4-связей в хитине, подавляя рост и укоренение патогенов. Более того, расщепляя хитин, эти ферменты высвобождают сигнальные молекулы, которые впоследствии распознаются иммунной системой растения, тем самым активируя защитный ответ.
Хитиназы распределены по различным хромосомам растений, и их классификация основана на сходстве аминокислотной последовательности, трехмерной структуре и каталитических механизмах.
Семейства хитиназ эволюционировали и расширялись посредством тандемных и сегментных событий дупликации, что способствовало их высокому функциональному разнообразию. Это разнообразие тесно связано с устойчивостью к биотическим стрессам и коэволюционной динамикой между растениями и патогенами.
Хитиназы описаны как многообещающий источник устойчивости растений к грибным патогенам посредством сверхэкспрессии и генетической трансформации.
В данном исследовании ученые из Бразилии и США использовали филогенетический анализ, доменную архитектуру, анализ структуры генов и субклеточную локализацию для идентификации и характеристики предполагаемых генов и белков в геномах Coffea arabica и его предшественников, Coffea canephora и Coffea eugenioides.
Всего у C. arabica, C. canephora и C. eugenioides было идентифицировано 113, 47 и 69 предполагаемых хитиназных белков соответственно. Эти хитиназы были классифицированы в соответствии с их каталитическими доменами, GH18 и GH19, на классы I, II, III, IV и V, определенные в ходе филогенетического анализа, основанного на классификации модельного растения Arabidopsis thaliana.
Кроме того, на основе ортологического анализа исследователи идентифицировали десять, шесть и семь предполагаемых хитиназ, связанных с защитными реакциями на грибы у C. arabica, C. canephora и C. eugenioides соответственно. Эти результаты представляют ценность для будущих исследований, посвященных хитиназам кофе, в частности, генетическим программам, участвующим в устойчивости растений к патогенам.
Источник: Plants 2025, doi.org/10.3390/plants14203130
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.