Как паразитические растения избегают атаковать себя: ключ к защите урожая

Паразитические растения наносят сельскому хозяйству ущерб более 1 миллиарда долларов США ежегодно, но почти никогда не атакуют себя или близкородственные растения. Учёные из Nara Institute of Science and Technology (NAIST) в Японии раскрыли молекулярный механизм этой "родственной" самоидентификации. Результаты опубликованы в журнале Science.

Механизм вторжения и ключевой вопрос

Паразиты, такие как Striga и Orobanche, вторгаются в растения-хозяева с помощью специализированного органа — гаустория. Его формирование запускается химическими сигналами — факторами, индуцирующими гаусторий (HIFs), которые производятся из лигнина, компонента клеточных стенок всех растений. Поскольку паразиты сами производят HIFs, оставалось неясным, как они избегают самоинфицирования.

Открытие гена самораспознавания

Изучая паразитическое растение Phtheirospermum japonicum, исследователи обнаружили мутанта spontaneous prehaustorium (spoh1), который спонтанно формировал прегаустории на собственных корнях. Дефект был вызван мутацией в одном гене — PjUGT72B1, кодирующем фермент глюкозилтрансферазу.

Эксперименты подтвердили роль гена:

• Восстановление нормальной копии PjUGT72B1 останавливало самоформирование гаусториев у мутанта.
• Удаление гена у здоровых растений вызывало их появление на собственных корнях.

Молекулярный механизм "выключателя"

PjUGT72B1 действует как молекулярный выключатель. Он присоединяет молекулу глюкозы к собственным HIFs растения внутри корней в процессе глюкозилирования. Эта модификация нейтрализует сигналы, не давая им запустить формирование гаустория.

У мутанта spoh1, лишённого этого фермента, активные HIFs накапливаются и "просачиваются", заставляя растение атаковать само себя.

Перспективы для защиты урожая

Исследование открывает новые стратегии защиты сельскохозяйственных культур. Воздействие на производство HIFs или процесс их глюкозилирования может помочь создать культуры, невидимые для паразитических сорняков.

"Различная субстратная специфичность UGT72B1 у паразита и хозяина позволяет отличать "родню" от потенциальных жертв. Это предлагает стратегию для создания культур, эффективно "невидимых" для паразитических сорняков", — говорит профессор Сатоко Ёсида.