Ученые раскрыли, как белки устойчивости защищают растения от патогенов

Белки устойчивости к болезням у растений служат основными иммунными рецепторами, которые распознают патогены и вредителей и запускают мощные защитные реакции. Ранее было обнаружено, что один из таких белков, ZAR1, при обнаружении патогенов превращается в высокоупорядоченный белковый комплекс — резистосому, что дало первую подсказку о механизме их работы. Однако точный механизм активации резистосомой защитных реакций оставался неясным.

Совместная группа ученых под руководством профессоров Чжоу Цзяньминя, Чэнь Юйхана и Хэ Каньминя из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук и профессора Чай Цзицзе из Университета Цинхуа использовала современные методы электрофизиологии и визуализации одиночных молекул, чтобы исследовать молекулярный механизм активации иммунитета растением резистосомой ZAR1.

С помощью электрофизиологических исследований на ооцитах Xenopus и планарных липидных бислоях ученые впервые показали, что резистосома ZAR1 является катион-селективным, кальций-проницаемым ионным каналом. Затем с помощью визуализации одиночных молекул они подтвердили, что активированная резистосома ZAR1 образует пентамерные олигомеры в плазматической мембране растительной клетки, что согласуется с предыдущими структурными данными.

Образование резистосомы ZAR1 в растительной клетке запускает устойчивый приток ионов кальция и последующие иммунные сигнальные события, ведущие к гибели клетки. Все эти процессы зависят от активности ионного канала.

Эти результаты подтверждают вывод о том, что кальциевый сигнал, запускаемый каналом ZAR1, инициирует иммунную активацию, что дает ключевое понимание работы иммунной системы растений.

Белки устойчивости к болезням — самое большое семейство иммунных рецепторов растений, имеющее огромное сельскохозяйственное значение для защиты культур от атак различных патогенов и вредителей, включая вирусы, бактерии, грибы, оомицеты, нематод, насекомых и паразитические сорняки.

Результаты этого исследования проливают свет на точную биохимическую функцию многих белков устойчивости и предполагают новые методы контроля болезней и повреждений вредителями у сельскохозяйственных культур.

Рецензент журнала Cell отметил, что эта работа «представляет важные открытия, которые изменят наше представление о гибели клеток, вызванной ETI. Использование TIRF для визуализации и мониторинга в реальном времени мембрано-ассоциированных резистосом очень впечатляет, и многие исследователи будут стремиться повторить этот метод».

Исследование под названием «The ZAR1 resistosome is a calcium-permeable channel triggering plant immune signaling» было опубликовано онлайн в журнале Cell.