Этот ген регулирует положительные и отрицательные иммунные ответы у растений

Механизм защиты растений, опосредованный генами non-expressor of pathogenesis-related (NPR) у однодольных (растений с одной семядолей), изучен недостаточно. Учёные из Токийского университета науки выяснили, как семейство генов NPR регулирует иммунные ответы у модельного однодольного растения Brachypodium distachyon. Эти результаты дают схему работы защитных систем растений и могут способствовать созданию более устойчивых сельскохозяйственных культур, что поможет развитию беспестицидного выращивания злаков.

Иммунные ответы у растений?

Гены семейства non-expressor of pathogenesis-related (NPR), как известно, контролируют защитную сигнализацию при атаке патогена. У двудольного растения Arabidopsis thaliana NPR1 (AtNPR1) служит сайтом связывания салициловой кислоты (SA) и взаимодействует с группой транскрипционных факторов (TFs) TGA, что активирует защитные гены, такие как pathogenesis-related protein 1 (PR-1).

Исследовательская группа под руководством профессора Ген-итиро Аримуры решила выяснить, как это работает у однодольных, на примере Brachypodium distachyon.

Результаты исследования

• Учёные идентифицировали и клонировали последовательности генов NPR у B. distachyon — BdNPR1, 2 и 3.
• При обработке метилсалицилатом экспрессия BdNPR2 значительно возросла, что указывает на его положительную роль в защитном ответе.
• Эксперименты подтвердили, что BdNPR2 активирует транскрипционный фактор BdTGA1, и их взаимодействие повышает экспрессию гена PR-1.
• Создание мутантного гена NPR2 (без остатка аргинина Arg468) показало, что этот остаток критически важен для связывания SA, которое, в свою очередь, повышает экспрессию PR-1.
• Интересно, что BdNPR1, напротив, подавлял эту активацию, что указывает на его роль иммунного ингибитора.

Механизм работы

Профессор Аримура объясняет: «Когда растение здорово, BdNPR1, вероятно, мешает BdNPR2 активировать BdTGA1, удерживая ген PR1 в выключенном состоянии. Но когда растение атакует патоген, уровень SA повышается и стимулирует экспрессию BdNRP2, что запускает каскад и "включает" ген PR1».

Учёные также отметили, что сходство последовательностей NPR2 у разных видов растений не гарантирует одинаковых функций, которые могут быть уникальными для каждого вида.

Практическое значение

Многие важные культуры (пшеница, рис) — однодольные. Понимание их защитных систем может помочь в создании более устойчивых сортов. «Этот порочный круг [обработки пестицидами и деградации окружающей среды] можно разорвать, поняв системы защиты однодольных и устранив их уязвимость более устойчивым способом, с помощью беспестицидного земледелия», — говорит профессор Аримура.