Врожденный иммунитет растений против вирусов работает не так, как предполагалось

Иммунный рецептор Rx, обеспечивающий устойчивость некоторых сортов картофеля к вирусу X картофеля (PVX), распознает вирус в цитоплазме, но, что неожиданно, для эффективного защитного ответа также требуется его присутствие в ядре клетки. Ученые Вагенингенского университета (Нидерланды) Эрик Слутевег и Владимир Тамелинг с коллегами опубликовали это важное открытие в двух статьях в одном выпуске журнала The Plant Cell.

Это открытие значимо, поскольку другие растения, а также животные и люди имеют схожую систему врожденного иммунитета против патогенов. В долгосрочной перспективе оно может привести к созданию сельскохозяйственных культур с защитным механизмом, который вирусам будет сложно обойти.

Растения картофеля могут защищаться от PVX, если содержат ген устойчивости, кодирующий белок Rx. Этот ген относится к большой группе генов, кодирующих иммунные рецепторы, участвующие во врожденном иммунитете. Такие рецепторы есть у растений, животных и людей. Вирус, проникающий в клетку, распознается рецептором в цитоплазме как чужеродный агент, что запускает быструю защитную реакцию.

Белок Rx имеет большой размер и не может легко переместиться из цитоплазмы, где он синтезируется, в ядро. Крупные белки, необходимые в ядре, обычно имеют специальный сигнал ядерной локализации (NLS), который клеточные механизмы используют как «почтовый код» для транспорта. Однако у белка Rx такого сигнала нет, поэтому считалось, что он присутствует и активен только в цитоплазме.

Чтобы выяснить механизм действия Rx, ученые присоединили к нему зеленый флуоресцентный белок. Наблюдения с помощью флуоресцентного микроскопа показали, что иммунный рецептор присутствует не только в цитоплазме, но и в ядре живых растительных клеток.

Поскольку у Rx нет стандартного «почтового кода» для транспорта в ядро, вероятно, он попадает туда уникальным способом. Первоначально считалось, что белок RanGAP2, связывающийся с Rx, стимулирует этот транспорт. Однако выяснилось, что RanGAP2 играет противоположную роль: он удерживает часть молекул Rx в цитоплазме.

Ученые исследовали, важно ли присутствие Rx в ядре для реальной защиты от вирусов. В экспериментах они либо предотвращали попадание молекул рецептора в ядро, либо, наоборот, заставляли все молекулы перемещаться из цитоплазмы в ядро. В обоих случаях растения не могли защититься от вируса. Оказалось, что для запуска эффективного защитного ответа критически важен определенный баланс количества Rx в ядре и цитоплазме. RanGAP2, удерживая часть Rx в цитоплазме, как раз и обеспечивает растению этот правильный баланс. Таким образом, роль RanGAP2 в защите от патогенов является ключевой.

Поскольку схожие иммунные рецепторы обеспечивают врожденный иммунитет у растений, животных и людей, это открытие также важно для лучшего понимания нашей собственной иммунной системы. В долгосрочной перспективе оно может привести к созданию растений с устойчивостью к вирусам, которую будет крайне сложно преодолеть.