Хлоропласты — не только фотосинтез: ключевая роль в иммунитете растений
Новое исследование под руководством биологов Калифорнийского университета в Дэвисе показало, что хлоропласты, известные своей ролью в фотосинтезе, также необходимы для иммунитета растений против вирусных и бактериальных патогенов.
Небольшой процент хлоропластов способен менять форму, образуя трубчатые выросты — стромулы. Их функция долгое время оставалась загадкой. Известно, что при инфекции стромул становится больше. Они помогают хлоропластам собираться вокруг ядра и служат каналами для передачи про-иммунных сигналов в ядро. Однако роль стромул в иммунитете оставалась неясной, так как не были идентифицированы гены, участвующие в их образовании.
В новом исследовании, опубликованном 25 октября в Science Advances, команда профессора Савитраммы Динеш-Кумара и аспиранта Натана Мейера определила ключевой белок, участвующий в биогенезе стромул во время иммунного ответа.
Скрытый игрок иммунной защиты
Чтобы выяснить роль стромул, учёные исследовали кинезины — белки-моторы, перемещающие молекулы и органеллы внутри клетки по цитоскелету (микротрубочкам и актиновым филаментам).
Исследователи обнаружили, что сверхэкспрессия одного из растительных кинезинов, KIS1, индуцирует образование стромул даже без инфекции. Когда у растений табака и арабидопсиса блокировали выработку KIS1, они теряли способность формировать стромулы, их хлоропласты не мигрировали к ядру, и растения становились беззащитными перед патогенами.
Механизм движения хлоропластов
Создав варианты белка KIS1, способные связываться только с микротрубочками или только с актином, учёные выяснили:
- Для образования стромул KIS1 должен связываться с микротрубочками.
- Для движения хлоропластов к ядру необходима также связь с актином.
Эксперименты с отключением известных иммунных сигнальных генов показали, что образование стромул запускается молекулярной сигнализацией и требует целостной иммунной сигнальной системы.
«Если мы удалим любой из известных иммунных сигнальных генов, хлоропласты теряют способность создавать стромулы. Это говорит о том, что эти структуры — неотъемлемая часть иммунных сигнальных путей, активирующих защиту», — пояснил Динеш-Кумар.
Новый взгляд на иммунитет растений
Это исследование впервые демонстрирует прямое участие растительного кинезина в иммунитете и идентифицирует первый ген (KIS1), вовлечённый в биогенез хлоропластных стромул. Это открывает путь к пониманию роли стромул и причины скопления хлоропластов вокруг ядра при иммунной защите.
«Если мы лучше поймём на клеточном уровне, как органеллы вроде хлоропластов помогают клеткам защищаться, это может помочь в создании устойчивости к патогенам», — отметил Динеш-Кумар.