Растения различают патогенные и полезные микроорганизмы
Растения в почве окружены тысячами бактерий и грибов. Чтобы выжить, они используют сложные системы обнаружения, чтобы отличать патогенные микроорганизмы от полезных.
В этом важную роль играют молекулы хитина от микроорганизмов и их модифицированные версии. Например, бобовые растения запускают защиту от патогенов в ответ на простые молекулы хитина.
Однако, когда растение обнаруживает специфическую модифицированную молекулу хитина — Nod-фактор, выделяемый почвенными бактериями rhizobium, — происходит образование новых органов в виде «клубеньков» на корнях. Бактериям rhizobium разрешено проникать и колонизировать эти симбиотические органы, где они в конечном итоге производят азот для растения.
Обнаружение лигандов, таких как хитин и Nod-факторы, происходит через белковые рецепторы на поверхности клеток. Исследования в Центре CARB показали, что распознавание лиганда через прямое связывание Nod-фактора — ключевой шаг в рецептор-опосредованной передаче сигнала, ведущей к развитию клубеньков у бобовых.
Высокоаффинное связывание наблюдалось в наномолярном диапазоне, что сопоставимо с биологически релевантными концентрациями, при которых Nod-фактор активен in vivo. В отличие от этого, простые молекулы хитина связываются с рецепторами с низким сродством.
Таким образом, специфичность лиганда, зависящая от структуры, и аффинность связывания на разных рецепторах могут определять, какой ответный механизм активируется у растений, контактирующих с разными микробами в окружающей среде.
Для изучения этих молекулярных механизмов потребовались междисциплинарные подходы, сочетающие:
Были успешно решены сложные задачи:
- Очистка растительных рецепторных белков (присутствующих в очень малых количествах в корнях модельного растения Lotus japonicus) путем их экспрессии в гетерологичных растительных системах.
- Разработка анализов связывания с углеводными лигандами с помощью мечения и иммобилизации Nod-фактора с применением хемоселективной химии.
Исследование выполнено учеными из Датского национального исследовательского фонда CARB (Университет Орхуса), Химического факультета (Копенгагенский университет) и Департамента микробиологии и иммунологии (Университет Отаго, Новая Зеландия). Результаты опубликованы в международном журнале PNAS.