Ключевой механизм защиты растений от грибковых инфекций

Ежегодно грибковые инфекции уничтожают не менее 125 миллионов тонн пяти важнейших мировых культур — риса, пшеницы, кукурузы, сои и картофеля, — количество, способное прокормить 600 миллионов человек. Грибы представляют проблему не только в поле, но и на этапе послеуборочной цепочки поставок. Некоторые грибы также производят микотоксины, способные вызывать болезни и гибель людей и животных. Фермеры используют фунгициды, но они не всегда эффективны на 100%, а потребители всё чаще требуют продуктов без пестицидов.

Как и люди, растения выработали защитные стратегии. Команда из Центра исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG) в Испании обнаружила, что регуляция активности белков в растениях посредством SUMO-лигации (SUMOylation) имеет решающее значение для устойчивости растений к грибковым инфекциям.

Исследование, опубликованное в Molecular Plant, — результат сотрудничества двух исследователей CSIC в CRAG: Марии Лоис, эксперта по регуляции белков, и Марии Коки, эксперта по иммунным ответам растений на инфекции. Мария Лоис заявляет: «Результаты этого исследования будут использованы для разработки новых стратегий защиты урожая от грибковой инфекции».

SUMO-лигация: сложность изучения

Присоединение белка SUMO к другим клеточным белкам (SUMOylation) — ключевой процесс для многих клеточных функций. Например, у животных некоторые виды рака и нейродегенеративные заболевания связаны с дефектной SUMO-лигацией. У растений известно, что SUMO-конъюгация регулирует развитие и реакции на стресс окружающей среды.

Однако до сих пор SUMOylation было трудно изучать, поскольку её полное ингибирование вызывает гибель растения на стадии семени. Чтобы преодолеть это ограничение, группа Марии Лоис разработала новый инструмент для частичного ингибирования SUMOylation, позволяющий растению развиваться нормально. Используя методы генной инженерии, исследователи CRAG внедрили небольшой фрагмент белка, частично ингибирующий SUMOylation.

Растения становятся более уязвимыми

Используя этот новый подход, команда CRAG обнаружила, что растения с нарушенной SUMOylation демонстрировали повышенную восприимчивость к некротрофным грибковым инфекциям, вызываемым Botrytis cinerea и Plectosphaerella cucumerina.

«Эти два гриба вызывают гибель растения и питаются мёртвыми тканями. Botrytis cinerea — географически широко распространённый гриб, поражающий многие виды растений. Он хорошо известен виноградарям, поскольку вызывает как благородную гниль, так и серую гниль у виноградных лоз, влияя на качество вина. Plectosphaerella cucumerina является модельным организмом для изучения, но также важным патогеном овощных культур, таких как дыня», — объясняет исследователь CSIC в CRAG Мария Кока.

Кроме того, исследователи наблюдали, что вскоре после грибковой инфекции SUMOylation белков у заражённых растений снижалась. Это наблюдение позволило предположить, что некротрофные грибы уменьшают SUMOylation белков как механизм патогенности.

Таким образом, это исследование открывает новые возможности для разработки стратегий защиты урожая от патогенных грибов, а также для создания более специфичных фунгицидов.

Перспективы инструмента

Стратегия частичного ингибирования SUMOylation ключева для этого исследования, но, как полагают, имеет и другие применения.

«Этот новый подход позволит нам лучше понять процессы, регулируемые SUMOylation, и, что наиболее важно, это инструмент, который можно легко внедрить в агрономически важные растения, даже с высокой генетической сложностью, такие как пшеница», — объясняет Лоис. «Мы считаем, что ещё многие важные функции SUMOylation предстоит открыть, и мы разработали молекулярный инструмент, который будет полезен в этом отношении», — добавляет исследователь.