В двух исследованиях, опубликованных в журнале Science, ученые из Института Макса Планка по селекции растений в Кельне (Германия) в сотрудничестве с коллегами из Китая обнаружили клеточные молекулы естественного происхождения, которые стимулируют важнейшие иммунные реакции растений.
Эти соединения имеют все признаки того, что они являются небольшими мессенджерами, адаптированными растениями для включения ключевых центров управления защитой. Использование этих знаний может позволить ученым и селекционерам создать молекулы, которые сделают растения, включая многие важные виды сельскохозяйственных культур, более устойчивыми к болезням.
Мировое производство продовольствия должно удвоиться к 2050 году, чтобы прокормить 2 миллиарда человек, которые, как ожидается, будут жить на Земле к тому времени. Увеличение производства продовольствия требует повышения урожайности многих основных сельскохозяйственных культур. Для этого необходимо разработать стратегии, позволяющие сделать растения более устойчивыми к микроскопическим инфекционным агентам, а также обеспечить экологическую безопасность производства продуктов питания. Достижение этого, в свою очередь, требует детального понимания иммунной системы растений – защитных механизмов, которые растения создают при столкновении с вторгающимися микроорганизмами.
В ходе двух исследований, ученые под руководством Джиджи Чаи и Джейн Паркер из Института Макса Планка по изучению селекции растений в Кельне и Кельнского университета, Германия, в сотрудничестве с командой Цзюньбяо Чанга из Университета Чжэнчжоу и Чжифу Хань с коллегами из Университета Цинхуа в Пекине, Китай, выявили две молекулы и определили, как они действуют, опосредуя иммунные реакции в клетках растений. Их результаты открывают путь к разработке биологически активных малых молекул, которые могут позволить исследователям и производителям растений манипулировать ими и тем самым повышать устойчивость растений к вредным микробам.
На молекулярном уровне основная иммунная стратегия, используемая растениями, включает белки, называемые рецепторами лейцин-богатых нуклеотид-связывающих повторов, или сокращенно NLRs. NLR активируются вторгшимися микроорганизмами и вызывают защитные иммунные реакции. Кульминацией этих иммунных реакций является так называемый гиперчувствительный ответ, который включает ограничение роста патогена и часто строго очерченную гибель клеток в месте инфекции – сродни ампутации пальца на ноге для обеспечения выживания организма.
Один класс белков NLR, белки с так называемыми доменами толл/интерлейкин-1 рецепторов (TIR), называемые TIR-NLR (или TNL), как было показано, передают сигналы нижележащему иммунному белку, который повышает восприимчивость к болезни 1 (EDS1). Меньшие TIR-содержащие белки также передают сигналы EDS1 для повышения устойчивости к заболеваниям. EDS1 функционирует как контрольный пункт, он, в зависимости от типов других белков, с которыми он взаимодействует, подталкивает растительные клетки к ограничению роста патогенов или к уничтожению клеток, отмечают ученые.
