Биологи обманули защиту растений от бактерий, заставив её атаковать вирус

Учёные из Университета Индианы модифицировали ген растения, который обычно борется с бактериальной инфекцией, чтобы обеспечить устойчивость к вирусу.

Метод, описанный в статье, которая будет опубликована 12 февраля в журнале Science, впервые позволил изменить врождённую защитную систему растения для обеспечения устойчивости к новому заболеванию. Технология также является предметом патентной заявки.

"Наши результаты показывают, что этот метод, который включает единственное, незначительное изменение существующего гена, широко применим к огромному спектру заболеваний, поражающих растения экономической важности", — сказал Роджер Иннес, профессор кафедры биологии, руководивший исследованием.

Это включает не только вирусные и бактериальные инфекции, но и болезни, вызываемые грибами, оомицетами (грибоподобными микроорганизмами, вызвавшими картофельный голод в Ирландии) и нематодами. Глобально болезни сельскохозяйственных культур ежегодно затрагивают миллиарды людей из-за потери доходов и продовольствия.

Результаты стали итогом почти 20-летнего исследования иммунитета растений Иннесом. Его работа непрерывно финансировалась Национальными институтами здоровья или Национальным научным фондом с 1991 года.

В отличие от иммунной системы человека, которая создаёт специфические антитела, напрямую связывающиеся с молекулами патогена, растения обнаруживают присутствие патогенов косвенно, чувствуя повреждения, которые они вызывают внутри клетки. После обнаружения патогена растения запускают сильную защитную реакцию, изолирующую патоген и лишающую его пищи и воды.

Лаборатория Иннеса исследует растительные белки-сенсоры, которые чувствуют это повреждение, вызванное патогеном. Они обнаружили, что эти сенсоры высокоспецифичны: большинство распознаёт лишь очень небольшое подмножество патогенов.

Вместо того чтобы пытаться создать лучший сенсор, команда IU решила создать белки-«приманки», на которые будут нацелены ферменты, используемые патогенами для вызывания болезни. Когда существующие сенсорные белки обнаруживают модификацию этих белков-приманок ферментами патогена, активируется устойчивость. И модифицировать эти белки-приманки для обнаружения разнообразных патогенов — относительно простая задача.

Используя этот подход с приманкой, команде IU удалось расширить способность к распознаванию сенсорного белка, который обычно обнаруживает бактериальный патоген Pseudomonas syringae, чтобы он обнаруживал два разных вирусных патогена: вирус мозаики турнепса и вирус табачной штриховатости, расширив устойчивость растения к болезням.

"Мы сравниваем этот подход со сменой приманки в мышеловке. Только вместо того, чтобы ловить мышь, модифицированная приманка позволяет нам поймать совершенно другое животное. И поскольку большинство патогенов используют похожие ферменты для вызывания болезни, этот общий подход с 'приманкой' должен позволить создавать долговечную устойчивость ко многим типам растительных вирусов, а также грибов и других патогенов".

Эксперименты команды IU проводились на Arabidopsis thaliana (резуховидке Таля). Команда в настоящее время работает над воспроизведением результатов на сое и ячмене, поскольку обе культуры реагируют на P. syringae с использованием того же механизма, что и Arabidopsis.

Соя, являющаяся основным источником пищи и биотоплива, — шестая по распространённости культура в мире. Соя также сталкивается с растущими угрозами болезней из-за изменения климата. К ним относятся вирус мозаики сои, который быстро распространяется на север, и азиатская ржавчина сои, грибковое заболевание из Южной Америки.

"По мере роста температур новые насекомые и грибковые заболевания будут всё больше мигрировать в Северную Америку. Разрабатывая новые генетические методы устойчивости к этим патогенам в сельскохозяйственных культурах, мы надеемся, что наша работа сыграет роль в снижении этих угроз без внедрения новых химикатов в окружающую среду".