Учёные выяснили, как растения борются с опасной болезнью корней

Исследователи под руководством Чэнь Юйхана и Чжоу Цзяньминя из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук раскрыли механизм устойчивости растений к киле — опасному заболеванию корней, угрожающему урожайности крестоцветных культур, таких как рапс.

Исследование, открывающее новые механизмы иммунитета растений и перспективное для селекции, опубликовано в журнале Cell.

Кила — почвенное заболевание, самое разрушительное для крестоцветных культур. В Китае ежегодно поражается примерно 3,2–4 млн га сельхозугодий, что приводит к потере 20–30% урожая. Покоящиеся споры возбудителя Plasmodiophora brassicae (Pb) сохраняются в почве до 20 лет, делая её непригодной для выращивания крестоцветных.

До сих пор было клонировано лишь два гена устойчивости к киле, и их резистентность была преодолена новыми вирулентными изолятами Pb.

В этом исследовании вновь идентифицированный ген WTS обеспечивает устойчивость ко всем протестированным изолятам Pb, включая те, что вирулентны для существующих устойчивых сортов рапса. Таким образом, WTS является широкоспектральным геном устойчивости и обладает большим потенциалом для селекции.

WTS не экспрессируется в отсутствие патогена. Однако при заражении Pb его экспрессия резко индуцируется исключительно в перицикле — критическом слое клеток корня, окружающем стелу (центральный цилиндр с проводящими тканями — ксилемой и флоэмой).

У восприимчивых растений Pb проникает и колонизирует стелу, блокируя транспорт воды и питательных веществ. Экспрессия WTS в перицикле активирует защиту растения и предотвращает колонизацию стелы патогеном. WTS определяет механизм защиты, который активируется в нужном месте и в нужное время, чтобы обеспечить нормальный рост.

Кроме того, WTS кодирует новый белок. Крио-ЭМ анализ показал, что WTS самоорганизуется в ранее неизвестную пентамерную структуру с центральной порой.

Дальнейшие исследования также показали, что белковый комплекс WTS функционирует как кальциевый канал в эндоплазматическом ретикулуме, повышающий уровень ионов кальция в цитозоле — важный вторичный сигнал для активации защитных реакций растений.

Открытые механизмы устойчивости представляют собой новую парадигму в иммунитете растений против почвенных патогенов. Клонированный ген WTS даёт новую надежду на создание устойчивых к киле сортов крестоцветных культур.