Секретное оружие «умной» бактерии — её «сладкоежничество»
Исследователи выяснили, как однажды побеждённая бактерия вновь появилась, чтобы заражать хлопчатник, что может погубить значительную часть урожая в Техасе и США. Всё сводится к «умной» бактерии со сладким зубом.
«Это пищевая борьба между бактерией и растением хлопчатника, — говорит доктор Либо Шань, фитопатолог из Texas A&M AgriLife Research. — Бактерия обманывает растение-хозяина, заставляя его производить для неё пищу. А попав в растение, она экономит собственные ресурсы и перенаправляет транспорт сахара в растении на себя. Растение-хозяин лишается сахара, необходимого для энергии, не может избавиться от бактерии, и болезнь прогрессирует. Эта бактерия очень умна».
Открытие опубликовано 24 мая в журнале Nature Communications.
Речь идёт о бактериальном ожоге, вызываемом Xanthomonas citri subspecies malvacearum (Xcm). Десятилетия назад он ежегодно уничтожал тысячи акров хлопка, проявляясь сначала как коричневые пятна на листьях, стеблях и коробочках, а затем распространяясь, пока растение — и целые поля — не сбрасывало листья и не прекращало рост. Болезнь одинаково разрушительна для риса и маниоки.
Ранее учёные вывели сорта хлопка, устойчивые к болезни. Это работало с конца XX века до примерно шести лет назад, когда бактериальный ожог Xcm снова проявился на хлопковых полях в Техасе и других штатах, поражая даже ранее устойчивые сорта.
«Эта бактерия вызывает болезнь у хлопка, используя секретное оружие — игольчатую структуру — для впрыскивания белковых эффекторов в клетки хлопка, — объясняет Шань. — Один из этих эффекторов имитирует факторы транскрипции хозяина, напрямую нацеливаясь и активируя транскрипцию гена растительного транспортера сахара. Затем растение начинает перекачивать энергетический сахар из клетки в апопласт (пространство вокруг клеток), тем самым питая бактерии».
Открытие было сделано, в частности, Кевином Коксом, докторантом Texas A&M и ведущим автором статьи. «Моя задача заключалась в том, чтобы определить, какой ген активируется конкретным эффектором бактерии для возникновения болезни. Когда мы выяснили, на что нацелен этот эффектор, это было очень здорово».
По словам Шань, это открытие важно по нескольким причинам:
- Оно даёт механистическое понимание того, как бактерия вызывает болезнь у хлопка.
- Оно предлагает потенциальную стратегию контроля этой болезни и устойчивости к бактерии.
- Оно может дать инструменты для более ранней диагностики болезни до появления симптомов в поле.
«Как только фермер видит болезнь в поле, уже слишком поздно. Контролировать её очень сложно. Может пострадать до 40% урожая хлопка», — отмечает Шань.
Сравнение геномов раннего и современного штаммов Xcm показало наличие полиморфизмов — генетических различий, но действующих одинаково в атаке на хлопок. «Вероятно, быстрая эволюция новых бактериальных эффекторов способствовала возрождению этой болезни».
Команда продолжит изучение бактериального ожога у хлопка, а также влияние этих находок на рис и маниоку. Планируется:
- Создать с инженерами высокочувствительный зонд для диагностики хлопка в поле на ранней стадии, возможно, по содержанию сахара (аналогично диагностике диабета у людей).
- Исследовать «технологии редактирования генов», чтобы удалить часть гена, позволяющую бактерии забирать пищу растения, что сделает хлопок более устойчивым.