Как патогены растений повреждают клеточные мембраны
Международная группа учёных использовала методы нейтронной рефлектометрии, чтобы понять, как болезнетворные патогены повреждают клеточные мембраны растений.
Работа, проведённая в ISIS Neutron and Muon Source (Science and Technology Facilities Council), может привести к новым способам:
- защиты сельскохозяйственных культур
- поддержания безопасности глобального производства продовольствия.
Глобальная угроза
Современные культуры, хотя и более устойчивы, чем в прошлом, всё ещё подвержены многим болезням. Эти заболевания могут наносить значительный ущерб урожаям и угрожать стабильности мирового продовольственного снабжения.
Их распространяют патогены, такие как:
Эти патогены выделяют белки, повреждающие клетки растения-хозяина.
Нарушение защиты клетки
Исследователи сосредоточились на группе белков, известных как Necrosis and ethylene-inducing peptide 1-like proteins (NLPs). NLPs поражают ключевые продовольственные культуры, такие как картофель и соя, а также табак.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, команда объяснила, как они использовали различные подходы, чтобы определить, как эти NLPs взаимодействуют с плазматической мембраной растения — барьером между внутренней частью клетки и внешним миром.
Модельная клеточная мембрана
Предыдущие исследования показали, что при атаке на растение NLPs связываются с липидным компонентом клеточных мембран — гликозил-инозитолфосфорилцерамидами (GIPCs).
Команда создала модель клеточной мембраны из GIPCs, экстрагированных из растений табака, и изучила, как с ней взаимодействуют NLPs из обычной водной плесени. Были созданы компьютерные модели для симуляции этого взаимодействия, а затем с помощью нейтронной рефлектометрии на линии Inter в ISIS проверили модельную мембрану, чтобы подтвердить корректность симуляций.
Образование пор
Результаты показали, что молекулы NLP не проникают через мембрану внутрь клетки, а прикрепляются к GIPCs и образуют слой на внешней стороне мембраны.
Присоединённые к GIPC белки затем взаимодействуют с окружающими GIPC в мембране, заставляя их реорганизовываться и образовывать кластеры. Это создаёт щели, или поры, в клеточной мембране, через которые может вытекать содержимое клетки (плазма).
Создавая эти поры, патогены вызывают высвобождение мелких молекул из цитоплазмы растения, которые патоген может использовать в качестве питательных веществ, но при этом растение повреждается.
Неожиданный механизм атаки
Подобное повреждение мембраны путём образования пор — распространённый механизм, с помощью которого бактерии нарушают целостность мембран животных клеток, но у растений он наблюдается редко.
Патогены, атакующие растения, должны были адаптироваться, чтобы производить белки со структурой, взаимодействующей со специфическими компонентами растительной клеточной мембраны.
Понимание механизма, с помощью которого патогены разрушают целостность клеточных мембран растений, даёт надежду на разработку способов предотвращения этого ущерба для защиты растений и будущей продовольственной безопасности.
Профессор Грегор Андерлух (Национальный институт химии, Словения), ведущий автор исследования, сказал: "Белки типа Nep1 широко распространены у микробных патогенов, атакующих растения, и представляют собой важную мишень для разработки стратегий, направленных на предотвращение повреждения растительных клеток, вызываемого микробами. Понимание того, как эти белки повреждают клеточные мембраны, является критически важной предпосылкой для дальнейшего развития".