Паразитические растения вроде стриги и заразихи ежегодно наносят сельскому хозяйству ущерб более чем на 1 млрд долларов. Эти так называемые «зелёные вампиры» присасываются к корням культурных растений и отбирают у них воду и питательные вещества, резко снижая урожайность. При этом у учёных давно вызывало вопрос одно странное обстоятельство: паразиты почти никогда не атакуют сами себя или близкородственные растения.
Что удалось выяснить учёным
Ответ на этот вопрос нашли исследователи из Nara Institute of Science and Technology (NAIST, Япония). Их работа, опубликованная в журнале Science, раскрыла молекулярный механизм, позволяющий паразитическим растениям отличать «своих» от потенциальных жертв.
Исследование возглавила профессор Сатоко Йошида, руководитель Лаборатории симбиоза растений NAIST. В работе также участвовали специалисты из RIKEN и Киотский университет.
Как паразиты находят хозяина
Чтобы внедриться в растение-хозяина, паразит формирует специальный орган — гаусторий. Он соединяет сосудистые системы двух растений и позволяет паразиту напрямую забирать ресурсы. Запуск этого процесса происходит под действием химических сигналов — факторов, индуцирующих образование гаусторий (HIF).
Эти сигналы образуются из лигнина, который присутствует в клеточных стенках всех растений, включая самих паразитов. Логично было бы ожидать, что паразит должен постоянно атаковать собственные корни — но этого не происходит.
Ген, который отвечает за самозащиту
Чтобы понять, почему этого не случается, учёные изучали полупаразитическое растение Phtheirospermum japonicum (вшивосемянник японский), удобное для экспериментов из-за простого генома и короткого жизненного цикла.
В ходе работы был найден мутант, получивший название spoh1. Он начинал формировать зачатки гаусторий на собственных корнях без внешних сигналов — словно растение «переставало узнавать себя».
Анализ показал, что причина кроется в мутации одного гена — PjUGT72B1, кодирующего фермент глюкозилтрансферазу. Когда нормальную копию этого гена возвращали мутанту, самопаразитизм прекращался. А удаление гена у здоровых растений, наоборот, запускало образование гаусторий на собственных корнях.
Молекулярный «выключатель» паразитизма
Оказалось, что PjUGT72B1 работает как защитный переключатель. Он присоединяет молекулу глюкозы к собственным HIF-сигналам растения — процесс называется глюкозилированием. После такой модификации сигналы теряют активность и не запускают формирование гаусторий.
У мутанта spoh1 этот механизм не работает: активные сигналы накапливаются и «утекают» наружу, провоцируя развитие паразитических структур прямо на самом растении.
Что это даёт сельскому хозяйству
Понимание этого механизма открывает практический путь к защите урожая. Если культурные растения научить подавлять или модифицировать сигналы HIF похожим образом, они смогут выглядеть для паразитических сорняков как «родственные» и не вызывать у них реакции атаки.
По словам Сатоко Йошиды, различия в работе фермента UGT72B1 у паразитов и их хозяев можно использовать для селекции или генной инженерии. В перспективе это позволит создавать сорта сельхозкультур, которые будут фактически невидимы для стриги и заразихи — без применения гербицидов и с минимальным вмешательством в экосистему.
Исследование даёт редкий пример того, как фундаментальная биология может напрямую подсказать практическое решение давней аграрной проблемы.
Интересна тема?
Подпишитесь на наши новости: Блог | Telegram | VK | Дзен
Продаете и покупаете промышленные товары, сырьё, материалы и оборудование? Ищем производителей и предпринимателей: Маркетплейс Первая Миля | Подробнее
Для обращений и предложений: info@cargo.sale / 8-800-3333-260