Два гена лучше одного для важного вредителя растений

Исследователи, финансируемые Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC), раскрыли новый молекулярный механизм, запускающий инфекцию растений бактерией Pseudomonas syringae, вызывающей бактериальную пятнистость томатов. Учёные из Департамента наук о жизни Имперского колледжа Лондона выяснили, как два гена бактерии работают вместе, чтобы запустить процесс заражения, который в конечном итоге убивает клетки растения и вызывает болезнь, значительно снижая качество и урожайность культур.

Pseudomonas syringae ответственна за крупные вспышки заболеваний у огромного спектра экономически важных пищевых растений, включая рис, томаты, кукурузу, огурцы и бобы. Она также является проблемой для диких растений, и один из типов Pseudomonas syringae недавно заразил половину всех каштановых деревьев в Великобритании. Исследователи надеются, что, поняв молекулярную основу атаки бактерий на клетки растений, они смогут найти новые мишени для пестицидов и разработать лучшие стратегии борьбы с болезнями.

Результаты, опубликованные 1 февраля 2011 года в Nature Communications, комментирует старший автор исследования доктор Йорг Шумахер: «У этих бактерий довольно сложная система заражения растений. Они используют замечательные игольчатые структуры, называемые пилями, чтобы проникнуть и ввести ряд белков в клетки растения, которые затем подавляют его иммунный ответ и убивают заражённые клетки. Pseudomonas syringae — очень универсальные бактерии, и их пили помогают им заражать очень большой спектр растений, вызывая многочисленные симптомы, например, чёрные/коричневые пятна на плодах томатов».

«Насколько нам известно, эти бактерии производят свои пили и запускают инфекцию только после того, как уже вторглись в ткань растения. Неясно, как они ощущают среду растительной ткани, которая запускает заражение, но мы знаем, что регуляторный механизм, контролирующий образование пилей, необходим в этом процессе».

От других родственных патогенов, которые также используют пили для заражения растений, Pseudomonas syringae отличает то, что в ходе эволюции она продублировала ген, участвующий в производстве пилей. Исследователи обнаружили этот дублированный ген во всех изученных штаммах Pseudomonas syringae, что заставляет их думать, что он, скорее всего, даёт некоторое селективное преимущество в процессе заражения. Похоже, что это нововведение может позволить более тонко решать, стоит ли запускать инфекцию.

Доктор Шумахер продолжает: «Мотивацией для этого исследования было выяснить, как наличие дублированного гена может дать Pseudomonas syringae «преимущество» с точки зрения эволюционного преимущества. Мы детально изучали родственные системы у других бактерий в лаборатории профессора Мартина Бака, где проводилась эта работа. Мы обнаружили, что двухгенная система в Pseudomonas syringae является эволюционным новшеством, ранее не описанным у бактерий».

«Благодаря нашей работе и работе других мы можем понять, как эволюция на молекулярном уровне превращается в явления, которые мы наблюдаем в повседневной жизни. Когда следующей весной мы увидим каштановые деревья с коричневыми листьями, велика вероятность, что в этом замешаны Pseudomonas syringae и дублированный ген».

Профессор Дуглас Келл, исполнительный директор BBSRC, сказал: «С улучшением методов визуализации и моделирования мы теперь можем глубже заглянуть в клетки и понять, как работают молекулярные машины, лежащие в основе всей жизни на Земле. Но это не просто знание ради знания; более детальное понимание того, как вредители сельскохозяйственных культур взаимодействуют со своими хозяевами, будет важно для разработки более совершенных методов борьбы с ними. Это жизненно важно для глобальной продовольственной безопасности, чтобы обеспечить безопасным питательным продовольствием растущее население мира».