Ученые с помощью ИИ улучшили внутреннюю систему сигнализации растений для защиты от патогенов

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе использовали искусственный интеллект, чтобы помочь растениям распознавать более широкий спектр бактериальных угроз. Это может привести к новым способам защиты таких культур, как томаты и картофель, от разрушительных болезней. Исследование опубликовано в Nature Plants.

Растения, как и животные, имеют иммунную систему. Часть их защитного арсенала — иммунные рецепторы, которые позволяют обнаруживать бактерии и защищаться от них. Один из таких рецепторов, FLS2, помогает растениям распознавать флагеллин — белок в микроскопических хвостиках, которые бактерии используют для движения. Однако бактерии постоянно эволюционируют, чтобы избежать обнаружения.

«Бактерии участвуют в гонке вооружений со своими растениями-хозяевами и могут изменять аминокислоты в флагеллине, чтобы ускользнуть от обнаружения», — пояснила ведущий автор исследования, профессор Гитта Коакер.

Чтобы помочь растениям не отставать, команда Коакер использовала естественную изменчивость в сочетании с искусственным интеллектом — в частности, инструмент AlphaFold, разработанный для предсказания 3D-структуры белков. Они модифицировали рецептор FLS2, по сути, обновив его иммунную систему для поимки большего числа «нарушителей».

Ученые сосредоточились на рецепторах, которые уже известны своей способностью распознавать больше бактерий, даже если они не встречаются у полезных сельскохозяйственных видов. Сравнивая их с рецепторами более узкого спектра действия, исследователи смогли определить, какие именно аминокислоты нужно изменить.

«Мы смогли воскресить побежденный рецептор, тот, с которым патоген уже справился, и дать растению шанс сопротивляться инфекции гораздо более целенаправленным и точным способом», — заявила Коакер.

Это открывает путь к разработке устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням широкого спектра с помощью предиктивного дизайна.

Одна из целей исследователей — серьезная угроза для сельского хозяйства: Ralstonia solanacearum, возбудитель бактериального увядания. Некоторые штаммы этого почвенного патогена могут инфицировать более 200 видов растений, включая основные культуры, такие как томат и картофель.

В перспективе команда разрабатывает инструменты машинного обучения для прогнозирования того, какие иммунные рецепторы стоит редактировать в будущем. Они также пытаются сократить количество аминокислот, которые необходимо изменить.

Этот подход можно использовать для усиления восприимчивости других иммунных рецепторов по аналогичной стратегии.