Расшифровка двух уровней регуляции генов бактерий при заражении растений
Исследование, опубликованное в Nature Plants, раскрыло новые детали о том, как патогенные бактерии регулируют экспрессию генов во время заражения растений, а также о стратегиях, которые растения используют для защиты.
Учёные под руководством Кеничи Цуды из Института селекции растений Общества Макса Планка (Кёльн, Германия) и Хуачжунского сельскохозяйственного университета (Ухань, Китай) проанализировали уровни экспрессии генов бактерий во время инфекции, что дало новое понимание регуляции бактериальных генов и стратегий растений.
Преодоление методологических барьеров
Основная сложность в изучении бактериальных реакций внутри растения — выделение бактериальной РНК из массы растительного материала. Авторы использовали ранее разработанный метод её обогащения. Поскольку уровни РНК часто плохо предсказывают количество белка, команда анализировала и коррелировала между собой экспрессию как РНК, так и белков.
Ключевые изменения на ранних этапах инфекции
Используя модель взаимодействия Pseudomonas syringae и Arabidopsis thaliana, учёные обнаружили значительные различия в уровнях РНК и белков у бактерий, инокулированных в растение, по сравнению с выращенными в лаборатории. Особенно выражены эти различия были на ранних этапах взаимодействия, что указывает на их критическую важность для исхода инфекции.
Влияние иммунитета растения на бактерии
Анализ мутантных растений с нарушенными ветвями иммунитета показал, что сигнальный путь, контролируемый гормоном салициловой кислотой (SA), подавляет бактериальные мРНК и белки, способствующие патогенезу.
- Путь SA в основном нацелен на экспрессию бактериальной мРНК.
- Он специфически подавляет белки, формирующие кончик «инжектора» (системы секреции III типа), который бактерии используют для доставки вирулентных белков в клетки хозяина.
- Этот же путь сильно подавляет экспрессию белков (но не мРНК), связанных с подвижностью бактерий.
Выявление новых регуляторов вирулентности
Корреляция и кластеризация экспрессии более 4500 генов позволила:
- Выявить ранее неизвестные кластеры бактериальных генов, способствующие росту бактерий.
- Предсказать и экспериментально подтвердить функции ранее неизвестных транскрипционных регуляторов, контролирующих эти кластеры, экспрессию генов и вирулентность.
Как отмечает соавтор Тацуя Нобори, этот подход можно применить и к взаимодействию патогенных бактерий с сельскохозяйственными культурами: «Выявление тактик бактерий для установления инфекции и контрстратегий растений подскажет направления для оптимизации селекции культур».