Как разнообразные растения заболевают в дикой природе? Исследователи вышли на природу, чтобы ответить на фундаментальный вопрос
Иногда учёным-растениеводам полезно выйти из лаборатории и искать вдохновение в природе. Исследователи из Центра Джона Иннеса так и поступили, отправившись в поисках скромного сорного нецветкового растения — печёночника Marchantia polymorpha.
От лабораторных экспериментов к природе
Группа доктора Фила Кареллы изучает иммунитет растений и вирулентность патогенов, используя в качестве модели далёкие в эволюционном плане растения, такие как Marchantia polymorpha. Эти нецветковые растения отделились от цветковых около 500 миллионов лет назад. Ранее группа показала, что бактериальные патогены из комплекса видов Pseudomonas syringae могут колонизировать как цветковые, так и нецветковые виды в лабораторных условиях.
Чтобы проверить, применимы ли эти выводы к природе, команда под руководством техника-исследователя и первого автора работы Кайлы Робинсон провела серию экспериментов.
Ход исследования и ключевые открытия
- Поиск в природе: Учёные нашли в природе экземпляры Marchantia polymorpha с признаками болезни.
- Выделение бактерий: С помощью микробиологических методов из больных растений были выделены 40 штаммов бактерий Pseudomonas (как патогенных, так и непатогенных).
- Реинфекция в лаборатории: Некоторые из этих штаммов использовали для заражения лабораторных образцов Marchantia polymorpha.
- Идентификация патогена: Генетическое секвенирование показало, что среди штаммов присутствует Pseudomonas viridiflava — известный оппортунистический патоген цветковых растений, который никогда ранее не идентифицировали у нецветковых растений, таких как печёночники.
- Анализ механизма заражения: Геномный анализ патогенных штаммов выявил пять бактериальных генов «эффекторов». Два из них были общими для всех патогенных Pseudomonas и участвовали в заражении печёночника.
- Проверка на цветковом растении: Эксперименты повторили на модели цветкового растения Nicotiana benthamiana. Оказалось, что один и тот же патоген использует одинаковый основной механизм заражения для колонизации как цветковых, так и нецветковых растений.
Значение исследования
«Наше исследование показывает, что существует общий механизм вызывания болезни у очень далёких в родстве растений», — сказал доктор Карелла. — «Мы думаем, что нашли минимальный набор эффекторов, необходимый для заражения растения, независимо от того, цветковое оно или нет. Это означает, что эти эффекторы нацелены на очень глубоко консервативные и, возможно, древние процессы иммунитета у растений».
Использование Marchantia polymorpha в качестве модели, релевантной для цветковых растений (включая сельскохозяйственные культуры), открывает новые возможности в изучении иммунитета растений. Этот организм меньше, его проще выращивать, и он является гаплоидным (имеет одну копию генома), что делает его более быстрой и эффективной моделью.
Исследование также подчёркивает важность квалифицированных лаборантов для фундаментальной науки. Большую часть работы выполнила техник-исследователь Кайла Робинсон.