Два ответа иммунной системы растений тесно связаны

Как и животные, растения должны постоянно распознавать и реагировать на вторжение микробов. Иммунитет растений состоит из двух ветвей: начальная защита начинается с обнаружения захватчиков рецепторами на поверхности клетки, а второй путь тревоги запускается рецепторами внутри клетки.

Международная исследовательская группа под руководством профессора Торстена Нюрнбергера из Центра молекулярной биологии растений Тюбингенского университета и профессора Джейн Паркер из Института селекции растений Общества Макса Планка в Кёльне нашла доказательства связи между этими ветвями, ранее считавшимися отдельными. Команда обнаружила компоненты, участвующие в сигнальных путях обеих ветвей.

Результаты, которые могут привести к новой модели иммунной системы растений, опубликованы в Nature.

Иммунитет растений активируется, когда специальные рецепторы на поверхности клеток связывают типичные структуры патогенов. «Эта система наблюдения обычно запускает лишь слабый и неспецифический иммунный ответ», — говорит доктор Рори Пруитт, первый автор исследования. Часто патоген может ввести в клетки растения белки-эффекторы, многие из которых предназначены для отключения защиты.

Вторая сигнальная ветвь полагается на распознавание растением этих эффекторов, что полностью задействует систему защиты. «В большинстве случаев именно эта вторая линия обороны приводит к серьёзным ответам, — объясняет Пруитт. — Растение отправляет заражённые клетки на запрограммированную гибель, на листе образуются поражения. Патогены не могут распространяться дальше».

Исследуя модель растения Arabidopsis thaliana, команда разложила два сигнальных пути на множество детальных отдельных реакций. Обнаружились неожиданные совпадения: при отсутствии определённых компонентов, ранее относимых ко второй ветви (распознавание эффекторов), также переставала функционировать первая ветвь (распознавание микробных паттернов на поверхности клетки).

«Две ветви иммунной системы сходятся в одном узле», — говорит Торстен Нюрнбергер. Чтобы включить новые данные в текущие модели, «нам придётся задавать совершенно новые вопросы», — отмечает Пруитт. Пока неясно, как компоненты системы взаимодействуют при активации двух разных уровней защиты.

Иммунная система растений лишена приобретённого иммунного ответа через антитела, как у животных. Однако есть параллели: «В сигнальных путях обнаружены поразительные сходства в химическом составе участвующих веществ и молекулярных механизмах», — говорит Пруитт. Однако последующие реакции очень различаются у растений и животных.

Исследование иммунной защиты растений является фундаментальной областью для выведения сортов, оптимизированных для различных целей в растениеводстве и контроле болезней.