Идентифицирована генетика смертоносного ожога овса

Международная группа исследователей под руководством учёного из Корнеллского университета определила генетические механизмы, позволяющие производить смертельный токсин викторин — причинный агент ожога Виктории у овса. Эта болезнь уничтожила посевы овса в США в 1940-х годах.

Ожог Виктории вызывает гриб Cochliobolus victoriae, который производит токсин викторин, но до сих пор гены и механизмы, вовлечённые в этот процесс, были неизвестны.

«Сорта овса, предпочитаемые фермерами в 1940-х, были устойчивы к бурой ржавчине, но учёные позже обнаружили, что именно эта черта делала их восприимчивыми к ожогу Виктории, потому что токсин викторин нацеливался на этот специфический растительный белок», — пояснила соавтор Джиллиан Тёрджион. — «Раскрытие молекул, участвующих во взаимодействии гриба и растения, фундаментально для понимания того, как растения реагируют на атаки различных микробов».

Большинство грибных токсинов синтезируются крупными многофункциональными ферментами, а создаваемые ими небольшие пептиды включают как токсины, так и лекарства, например, антибиотик пенициллин. Однако Тёрджион и её коллега Хенг Чуй обнаружили, что токсин викторин фактически синтезируется непосредственно в рибосоме — клеточной органелле, производящей большинство белков. Такие малые молекулы, производимые в рибосомах, известны как рибосомально синтезируемые и посттрансляционно модифицированные пептиды (RiPPs).

Этот альтернативный механизм производства малых пептидов, подобных викторину, в сочетании с тем, что геномы грибов, вероятно, содержат много генов, ассоциированных с RiPPs, может привести к открытию дополнительных малых молекул, включая как новые токсины, так и полезные соединения.

Кроме того, первый автор Саймон Кесслер подтвердил ферментативную функцию нескольких генов викторина, включая новый фермент, который превращает пептид викторина в его активную форму. Неожиданно команда обнаружила, что гены викторина, кодирующие эти ферменты, разбросаны по повторяющимся областям в геноме патогена — в резком контрасте с генами для большинства известных малых молекул, которые обычно находятся в компактных кластерах на хромосомах грибов.

Это открытие может помочь исследователям лучше понять эволюционное происхождение молекул, подобных пептидам викторина, что определяет вирулентность возникающих болезней сельскохозяйственных культур и как лучше предотвращать их в будущем.

Тёрджион отмечает, что пептиды викторина также взаимодействуют с мишенями в растительных клетках, называемыми тиоредоксинами, которые есть и у людей, и имеют потенциал в качестве мишени для терапии рака.

«Открытие того, что эти гены не обнаружены у близкородственных грибов, даёт нам представление о том, как приобретаются и передаются факторы вирулентности», — сказала Тёрджион. — «Наши выводы из этого исследования значительно расширяют потенциал для открытия малых молекул в грибных организмах, что увеличит наш арсенал знаний как об их полезной, так и вредной деятельности».