Учёные раскрыли механизм запуска устойчивости растения-хозяина к паразитическим растениям

Более 4500 видов растений живут как паразиты на других растениях. Некоторые из них наносят огромный ущерб сельскому хозяйству, приводя к полной гибели урожая. Исследователи под руководством доктора Маркуса Альберта из Центра молекулярной биологии растений (ZMBP) Тюбингенского университета и их коллеги из Лаборатории Сэйнсбери в Норвиче (профессор Сирил Ципфель, Мэттью Смокер) изучали способы защиты некоторых видов от таких паразитов. Они исследовали различные сорта томатов, которые могут препятствовать прикреплению паразита повилики (Cuscuta). Учёные обнаружили у томата ген, который позволяет растению распознавать повилику и запускать врождённый иммунный механизм. До сих пор такой механизм защиты наблюдался только против микробных патогенов, насекомых и паукообразных. Результаты предполагают, что можно лучше защитить сельскохозяйственные культуры от растительных паразитов.

Исследование опубликовано в последнем номере журнала Science.

Повилика относится к роду Cuscuta — все представители которого являются голопаразитами других растений. Не имея листьев и корней, они обвивают побеги в основном травянистых двудольных растений, заражая их проникающими гаусториями — особыми органами, которые соединяются с сосудистой системой хозяина. Затем они высасывают из хозяина воду, углеводы и другие питательные вещества. Растение-хозяин ослабевает и обычно погибает, не давая плодов или семян. Один из немногих устойчивых сортов томата (Solanum lycopersicum) останавливает проникновение гаусторий повилики в свои побеги, образуя пробковидную, одревесневшую ткань. Затем повилика погибает от голода.

Команда использовала скрещивания культурного томата с диким томатом (Solanum pennellii), чтобы найти и изолировать ген устойчивости к повилике. «Этот ген кодирует рецепторный белок, который локализуется на поверхности клетки томата», — говорит Маркус Альберт. «И он распознаёт молекулярный паттерн повилики». Как только рецептор получает сигнал о прибытии паразита, он действует как молекулярный переключатель, запуская иммунный ответ растения томата. Это приводит к повышению устойчивости хозяина. «Растение томата распознаёт растительных паразитов почти так же, как оно воспринимает вторгающиеся бактерии», — объясняет Альберт.

Это удивительно, потому что паразит и хозяин — как растения — эволюционно близки друг к другу, «по крайней мере, по сравнению с моделями растение-микроб и растение-насекомое», — говорит он. Впервые обнаружен механизм, с помощью которого растение распознаёт другое растение — или его молекулярные паттерны — как чужеродное. Это открывает новый подход в фундаментальных исследованиях к пониманию диалога между растениями на клеточном уровне. «Это открытие также даёт исследователям растений новые перспективы в создании сортов, более устойчивых к паразитическим растениям», — говорит Альберт.