Бактерии язвы цитрусовых перехватывают программу созревания плодов, чтобы забрать сахара и размножаться в 100 раз быстрее. На дело они ходят с белковым шприцем.
Бактериальный патоген Xanthomonas citri, вызывающий язвенную болезнь цитрусовых деревьев, активирует отдельные этапы созревания плодов в зараженных листьях. Обычно эта программа приводит к размягчению и подслащиванию цитрусовых плодов за счет высвобождения сахаров. Но бактерия захватывает этот специфический для плодов механизм в зараженной листовой ткани, заставляя растение-хозяина высвобождать сахара, которые в противном случае были бы недоступны для Xanthomonas в качестве источника питательных веществ. В результате патоген может размножаться в сто раз быстрее.
Международная исследовательская группа под руководством профессора Томаса Лахайе из Центра молекулярной биологии растений Тюбингенского университета обнаружила сложную стратегию, используемую бактериями Xanthomonas для заражения цитрусовых растений. Их исследование дает новое понимание того, как микробные патогены используют программы развития растения-хозяина для доступа к недоступным иным способом питательным веществам. Эти открытия открывают новые подходы к борьбе с цитрусовой язвой. Работа опубликована в журнале Science.
При выращивании цитрусовых, таких как лимоны, апельсины и мандарины, цитрусовая язва является одним из наиболее экономически значимых заболеваний растений. Инфекция, вызываемая бактерией Xanthomonas citri, приводит к появлению коричневых пятен и заполненных жидкостью пустул на пораженных листьях и плодах цитрусовых растений, напоминающих небольшие язвы — отсюда и название «цитрусовая язва». Растения преждевременно теряют пораженные листья и плоды, что приводит к значительным потерям урожая.
«Было известно, что многие патогены, включая бактерии рода Xanthomonas, поражают сахара, связанные в клеточной стенке растений. Нас заинтересовали уловки, которые используют эти крошечные бактерии для извлечения питательных веществ из клеточных стенок растений, поскольку эти стенки представляют собой практически непреодолимый защитный барьер для многих патогенов», — объясняет доктор Транг Фан из Центра молекулярной биологии растений Тюбингенского университета, первый автор исследования.
Удивительная бактериальная стратегия атаки
«Бактерия Xanthomonas citri использует белковый комплекс, похожий на шприц, для введения различных эффекторных белков в растительные клетки. Эти бактериальные белки специфически манипулируют клеточными процессами в клетках хозяина, способствуя заражению. Мы исследовали особенно важный эффекторный белок, который перемещается по внутренним транспортным путям хозяина, чтобы проникнуть в ядро клетки — центр управления клетки-хозяина — с целью понять, как он способствует заражению в этом месте», — говорит профессор Лахайе.
Попав внутрь ядра, бактериальный эффектор активирует выработку регулятора роста растений, который запускает программу созревания, компоненты которой обычно вырабатываются только в плодах.
«Поскольку бактерия заставляет растение-хозяина запускать эту специфичную для плодов программу созревания в листьях, связанные с клеточной стенкой сахара высвобождаются непосредственно в область, где размножаются бактерии, — это явное питательное преимущество, которое ускоряет рост бактерий», — говорит Лахайе.
Доктор Фан и его соавтор, доктор Ян Грау из Института компьютерных наук Университета Галле-Виттенберг, совместно проанализировали обширные данные проекта, особенно данные секвенирования, используя биоинформатику.
Сравнение генов, активированных в зараженных листьях цитрусовых (естественная программа) и в созревающих плодах (захваченная программа), выявило поразительное сходство между двумя наборами генов. Эти параллели показали, что программа, запускаемая бактерией в листьях, по сути, имитирует естественную программу созревания плодов.
Основываясь на этом открытии, команда показала, что контрольный белок цитрусовых — и его аналог в томатах — активируют схожие программы созревания как в томатах, так и в цитрусовых.
«Производя эффекторные белки, которые перепрограммируют процессы развития хозяина в свою пользу, бактерии способны с минимальными усилиями использовать большое количество сахаров, связанных с клеточной стенкой», — объясняет доктор Фан.
Эти подробные данные как о ходе заражения цитрусовых растений бактерией Xanthomonas citri, так и о регуляции созревания плодов предоставляют исследовательской группе новые возможности для разработки растений, устойчивых к вредителям.
«Хотя наше исследование было направлено на выяснение того, как патоген воздействует на растение-хозяина, мы также получили новые сведения о том, как растения регулируют созревание плодов. Эти знания теперь могут послужить основой для использования стандартных методов генетической модификации для точной настройки процесса созревания. В будущем наши результаты могут помочь регулировать как твердость, так и сладость томатов и цитрусовых», — говорит Лахайе.
«Фундаментальные исследования неизменно дают конкретные результаты для практического применения, способного решать глобальные проблемы. Наши исследователи вносят в это важный вклад», — говорит профессор Карла Полльманн, президент Тюбингенского университета.
Источник: Тюбингенский университет. Автор: Кристфрид Дорнис.