Микробная молекула, превращающая растения в «зомби»

Новый механизм манипуляции, обнаруженный у паразитических бактерий, замедляющих старение растений, может предложить новые способы защиты сельскохозяйственных культур от болезней.

Паразиты манипулируют организмами-хозяевами, иногда радикально. Под влиянием паразита некоторые растения претерпевают такие изменения, что их называют «зомби». Они перестают размножаться и служат лишь средой обитания для патогенов.

До сих пор было мало понимания молекулярных механизмов этого процесса.

Исследование группы Хогенхаут из Центра Джона Иннеса, опубликованное в Cell, выявило манипулятивную молекулу, которую производят бактерии Phytoplasma для захвата контроля над развитием растений. Этот белок внутри растения вызывает разрушение ключевых регуляторов роста, что приводит к аномальному развитию.

Бактерии Phytoplasma печально известны способностью перепрограммировать развитие растений-хозяев. Они часто вызывают появление «ведьминых мётел» на деревьях — чрезмерного количества тесно растущих побегов.

Эти разрастания — результат того, что растение застревает в вегетативном состоянии «зомби», неспособное к размножению и, следовательно, к старению, оставаясь «вечно молодым».

Phytoplasma также вызывают опасные болезни сельскохозяйственных культур, например, желтуху астр, которая приводит к значительным потерям урожая зерновых и листовых культур (салат, морковь, злаки).

Профессор Саския Хогенхаут, автор-корреспондент исследования: «Phytoplasmas — яркий пример того, как влияние генов может распространяться за пределы организма, воздействуя на окружающую среду. Наши результаты проливают свет на молекулярный механизм этого расширенного фенотипа, что может помочь решить серьёзную проблему производства продовольствия. Мы указываем на перспективную стратегию создания растений с долговременной устойчивостью к фитоплазмам».

Новые данные показывают, как бактериальный белок SAP05 манипулирует растениями, используя их собственную молекулярную машинерию — протеасому.

Обычно протеасома разрушает ненужные белки в клетках растений. SAP05 захватывает этот процесс, заставляя направлять в «молекулярный центр утилизации» растительные белки, важные для регуляции роста и развития.

Без этих белков развитие растения перепрограммируется в пользу бактерий: запускается рост множества вегетативных побегов и тканей, а старение растения приостанавливается.

В ходе генетических и биохимических экспериментов на модельном растении Arabidopsis thaliana команда детально изучила роль SAP05.

Интересно, что SAP05 связывается напрямую как с растительными белками развития, так и с протеасомой. Это новый, ранее неизвестный путь деградации белков. Обычно белки, разрушаемые протеасомой, предварительно помечаются молекулой убиквитина, но здесь это не так.

Белки растений, на которые нацелен SAP05, похожи на белки животных. Исследователи проверили, влияет ли SAP05 на насекомых-переносчиков бактерий. Оказалось, что структура этих белков у животных достаточно отличается, чтобы не взаимодействовать с SAP05, поэтому на насекомых он не действует.

Это позволило команде определить всего две аминокислоты в субъединице протеасомы, необходимые для взаимодействия с SAP05. Исследование показало, что если заменить в растительных белках эти две аминокислоты на те, что есть у насекомых, SAP05 перестаёт их разрушать, предотвращая аномальный рост «ведьминых мётел».

Это открытие предлагает возможность изменить именно эти две аминокислоты в сельскохозяйственных культурах, например, с помощью технологий редактирования генов, чтобы обеспечить долговременную устойчивость к фитоплазмам и эффектам SAP05.

Источник: Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation, Cell. DOI:10.1016/j.cell.2021.08.029