Как растения поднимают тревогу с помощью механизмов обнаружения угроз

Новое исследование под руководством Чжиюна Вана из Института Карнеги раскрывает сложный процесс клеточной сигнализации, лежащий в основе способности растений балансировать между расходом энергии на рост и защитой от патогенов. Результаты, опубликованные в Nature Plants, показывают, как растения используют сложные клеточные цепи для обработки информации и реагирования на угрозы и условия окружающей среды.

Высшие растения размещают на поверхности своих клеток сотни высокоспециализированных сенсоров — рецепторных киназ, — которые отслеживают окружающую среду и обеспечивают межклеточную коммуникацию. Лаборатория Вана работает над расшифровкой молекулярных цепей, связывающих эти сенсоры с конкретными клеточными ответами, такими как рост и иммунитет.

В этой работе, опубликованной в Nature Plants, команда Вана обнаружила, что два таких сенсора используют систему различных молекулярных меток с участием белка, общего для их соответствующих сигнальных цепей. Это открытие связывает петли роста и иммунного ответа.

В клетках растений существует два основных типа механизмов обнаружения угроз:

1. Способность распознавать характерные химические паттерны, сигнализирующие о вторжении (например, компоненты бактериальной клетки).
2. Способность распознавать повреждения, вызванные патогеном.

Исследователи проследили роль одного фермента, BSU1, в биохимических сигнальных путях для обоих типов распознавания угроз. Они продемонстрировали, что BSU1 играет ключевую, но различную роль в двух путях:

• В пути, связанном с рецептором гормона роста брассиностероида, BSU1 участвует в функциях роста и развития.
• В пути, связанном с рецепторами распознавания паттернов (специализирующихся на обнаружении подвижного жгутика бактерий), BSU1 участвует в активации иммунитета при обнаружении угрозы.

Оба пути включают сенсоры на поверхности клетки, которые при активации химически метят разные белки, чтобы включить или выключить их активность, передавая информацию по цепи взаимодействий. Удивительно, но BSU1 участвует в двух совершенно отдельных цепях взаимодействия. Он интерпретирует сигналы от разных сенсоров, используя разные сегменты своей структуры для принятия химической метки, где каждое местоположение представляет собой разное сообщение.

Эти результаты демонстрируют взаимосвязанную сложность роста и иммунного ответа, а также показывают, как растения принимают информацию, обрабатывают её через биохимические цепи, имитирующие бинарный компьютерный язык, и реагируют на условия окружающей среды.

«Наша работа показывает, как белок вроде BSU1 может действовать как компьютерный чип, обрабатывая сложную информацию», — заключил Ван. — Понимание того, как растения обнаруживают и реагируют на внешние угрозы, критически важно в условиях стресса для сельскохозяйственных культур из-за изменения климата».