Растения могут распознавать патогенные грибы напрямую, без посредников

Грибковые заболевания, известные как "мучнистая роса", поражают широкий спектр растений, включая важные сельскохозяйственные культуры, такие как ячмень, и приводят к значительному снижению урожайности. Грибы, вызывающие мучнистую росу, доставляют внутрь клеток растений эффекторные молекулы, которые манипулируют физиологией и иммунной системой хозяина. В ответ некоторые растения развили R-гены (гены устойчивости), обычно кодирующие внутриклеточные иммунные рецепторы. Эти рецепторы распознают инфекцию, детектируя эффекторы гриба, что часто приводит к гибели клетки в месте заражения и ограничивает распространение патогена.

Согласно преобладающему мнению, прямое распознавание эффекторов иммунными рецепторами — редкое событие во взаимодействиях растений и патогенов. Считалось, что в большинстве случаев распознавание происходит через другие белки растения, которые модифицируются патогеном.

В популяциях ячменя один из рецепторов мучнистой росы, mildew locus a (Mla), подвергся значительной диверсификации. Это привело к появлению большого числа различных вариантов белка MLA с высоким сходством последовательностей ДНК (>90%). Это указывает на коэволюцию с эффекторами мучнистой росы, но характер эволюционных взаимоотношений и взаимодействий между рецептором и эффекторами оставался неясным.

Чтобы ответить на эти вопросы, Изабель Заур, Саския Бауэр и их коллеги из отдела Пауля Шульце-Леферта сначала выделили несколько эффекторов из грибов мучнистой росы, собранных в полевых условиях. За исключением двух, эти белки сильно отличались друг от друга. Когда авторы экспрессировали эффекторы вместе с соответствующими рецепторами MLA, это приводило к гибели клеток не только у ячменя, но и у отдалённо родственного табака. Это уже указывало на то, что для распознавания не требуются другие белки ячменя.

Используя биолюминесценцию в качестве маркера прямых взаимодействий белок-белок, учёные обнаружили специфические связи пар эффектор-MLA в экстрактах листьев табака. Аналогично, анализ взаимодействий белков в дрожжах также выявил взаимодействия только у соответствующих пар эффектор-MLA. Эти результаты свидетельствуют, что высокогомологичные варианты рецептора MLA напрямую распознают неродственные грибковые эффекторы.

Болезни растений — основная причина потери урожая. Перенос R-генов между видами — потенциально мощный подход для создания устойчивых к болезням культур. Открытие авторов о том, что множественные варианты одного и того же гена устойчивости способны связывать различные белки патогена, причём даже в отдалённо родственных видах растений, подчёркивает потенциал этого подхода. Это согласуется с более ранним открытием, что пшеничные версии Mla, Sr33 и Sr50, обеспечивают устойчивость к изоляту стеблевой ржавчины Ug99, представляющему серьёзную угрозу для мирового производства пшеницы.

Пауль Шульзе-Леферт видит дальнейшие перспективы: "Наше открытие, что прямые взаимодействия рецептор-эффектор широко распространены для рецепторов MLA, позволяет предположить, что может быть возможным рационально сконструировать синтетические рецепторы для обнаружения эффекторов патогена, которые ускользают от наблюдения иммунной системы растения".