Общий фермент-«оружие» патогенных грибов может помочь создать устойчивые сельскохозяйственные культуры

Исследователи из Австралийского национального университета (ANU) совместно с учёными из Германии и США обнаружили мощное «оружие», которое используют многие патогенные грибы для заражения и уничтожения основных продовольственных культур, таких как рис и кукуруза. Это открытие может предложить новые стратегии для укрепления глобальной продовольственной безопасности.

Многие грибы, как и люди, зависят от растений как источника пищи, что снижает урожайность. По оценкам, фермеры ежегодно теряют от 10 до 23% урожая из-за грибковых заболеваний.

Международная исследовательская группа обнаружила, что фермент, известный как NUDIX-гидролаза, используется многими грибковыми патогенами в качестве оружия для вызывания болезней у растений. Результаты опубликованы в журнале Science.

Выяснив роль этого фермента в заражении растений, учёные полагают, что смогут создать более устойчивые сорта риса, а также других плодовых и овощных культур, способные защищаться от болезней.

Это открытие может помочь укрепить продовольственную безопасность в странах, где рис и кукуруза являются основными товарами. По данным Министерства сельского хозяйства США, рис — основной продукт питания для более чем половины населения мира.

Ведущий автор, доктор Карл МакКомб, выполнивший эту работу в рамках своей Ph.D. в ANU, пояснил, что болезнетворный фермент может проникать в клетки растений и атаковать ключевую сигнальную молекулу, участвующую в восприятии фосфата — жизненно важного питательного вещества, необходимого для выживания растения.

Фермент «захватывает» ключевые молекулярные пути и обманывает растение, заставляя его думать, что у него дефицит фосфата, активируя реакцию, подобную голоданию. Это позволяет патогену обойти естественные защитные механизмы иммунной системы и вызвать заболевание культуры.

«В сотрудничестве с коллегами из Австралийской организации по ядерной науке и технологиям мы смогли раскрыть структуру фермента в деталях с помощью метода рентгеновской кристаллографии», — сказал доктор МакКомб, ныне постдокторант Калифорнийского технологического института (Caltech).

«Понимание того, как выглядит фермент, дало нам ключевое представление о том, как патогены используют его для атаки на растения».

Доцент Саймон Уильямс, руководивший вкладом команды ANU в эту работу, заявил, что, помимо создания новых культур с «турбонаддувом» иммунной системы, результаты исследования также могут помочь учёным найти новые способы деактивировать «эффект захвата» фермента, подобно включению и выключению выключателя света.

«Большая часть нашей работы была сосредоточена на патогенном грибе Magnaporthe oryzae, вызывающем пирикуляриоз риса. Рис — критически важный продукт питания, а потери от этой болезни могли бы ежегодно прокормить 60 миллионов человек», — сказал доцент Уильямс.

«Наше исследование также показывает, что NUDIX-гидролаза используется в качестве «оружия» многими различными грибами, включая те, которые вызывают антракноз у плодовых, овощных и зерновых культур. Эти болезни влияют на производство таких продуктов, как манго, дыни, кукуруза и нут, которые австралийцы употребляют ежедневно.

Это говорит о том, что наша работа также имеет значение для защиты других важных плодовых и овощных культур».

По словам доцента Уильямса, результаты предлагают дорожную карту для разработки новых стратегий управления болезнями.

«Это может включать в себя модификацию иммунной системы растения для обнаружения фермента или блокирования его функции. Это может помочь фермерам защитить свои посевы и обеспечить глобальные запасы продовольствия».

В работе участвовали учёные из ANU, Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Университета штата Луизиана.