Растения обмениваются защитными белками в эволюционном "смешивай и комбинируй"

Исследование, проведённое группой Красилевой из Института Эрлхэма и Лаборатории Сэйнсбери, использовало филогенетику для изучения распространения генов-"приманок" среди диких и культурных злаков, включая пшеницу, ячмень, кукурузу и рис. Эти данные могут помочь в защите сельскохозяйственных культур от новых болезней.

Анализ генетической истории растений выявил интересные группы белков, которые формируют новые слияния с растительными рецепторами. Наибольшее разнообразие таких белков обнаружено у пшеницы. Эти белки участвуют в стрессовых реакциях растений, особенно в защите от патогенов.

"Если мы лучше поймём, как эти белки с дополнительными 'интегрированными' доменами формировались в ходе недавней эволюции, у нас будет хороший шанс сконструировать гены со специфическими доменами для устойчивости к новым типам патогенных атак", — говорит Пол Бейли, ведущий автор исследования.

Команда сосредоточилась на геноме хлебной пшеницы из-за его сложности и размера, а также на геномах восьми других видов злаков. Современные технологии секвенирования позволили сравнить гены как у близкородственных видов (пшеница и ячмень), так и у отдалённых (пшеница и кукуруза).

"Мы были удивлены, обнаружив, что даже между близкородственными видами может быть значительная изменчивость в типах событий слияния, что указывает на активный и продолжающийся процесс у этих растений", — добавил Пол.

Иммунная система растений помогает распознавать патогены, но ей приходится успевать за их постоянной эволюцией. Однако рецепторы растений, известные как белки 'NLR', способны распознавать некоторые сигналы, связанные с возбудителями болезней. Приобретая участки белков, закодированные другими генами (часто являющимися мишенью для патогенов), NLR действуют как "интегрированная защитная приманка".

"Когда растения способны быстро эволюционировать, они могут реагировать на патогены, обходящие другие защиты. Раскрытие того, как растения остаются здоровыми, — всё ещё сложная задача. Эта статья — результат успешного сотрудничества нескольких экспертов в области геномики... Вместе мы раскрыли один из трюков, которые используют растения, что поможет создавать устойчивые культуры", — пояснила руководитель проекта доктор Ксения Красилева.

В будущем исследователи надеются создавать новые белки со специфически интегрированными доменами, обеспечивающими устойчивость к патогенам, особенно к новым угрозам для сельскохозяйственных культур.

Статья "Dominant integration locus drives continuous diversification of plant immune receptors with exogenous domain fusions" опубликована в журнале Genome Biology, BioMed Central.