Патогены растений часто выделяют белки, чтобы атаковать механизмы хозяина и увеличить свой успех заражения. Ученые исследовали семейство белков NUDIX, которые встречаются у различных патогенов и нацелены на несколько видов растений. Они обнаружили, что патогенные грибы используют белки NUDIX, чтобы обмануть растения, нарушая их способность определять свой собственный статус неорганического фосфата. Белки NUDIX гидролизуют инозитолпирофосфат, который является основным фосфатным соединением, контролируемым растительными клетками. Если растение сосредоточено на росте и питании, то оно менее способно активировать иммунные реакции. Теперь стоит задача – как обмануть грибы.
По словам исследователей из Австралийского национального университета (ANU), которые в сотрудничестве с учеными из Германии и США сделали открытие общей стратегии атак грибных патогенов на продовольственные культуры, такие как рис и кукуруза, понимание поможет в создании новых способов для укрепления глобальной продовольственной безопасности.
Как и люди, многие грибы полагаются на растения как на источник пищи. Это влияет на урожайность продовольственных культур. По оценкам, фермеры теряют от 10 до 23% урожая из-за грибных заболеваний каждый год.
Глобальная исследовательская группа обнаружила, что фермент, известный как «NUDIX-гидролаза», используется многими грибными патогенами в качестве оружия для того, чтобы вызывать заболевания растений. Результаты опубликованы в журнале Science.
Исследователи полагают, что, выяснив роль этого фермента в заражении растений, они смогут создать более устойчивые сорта риса, а также других зерновых, фруктовых и овощных культур, способных защищать себя от болезней.
Результаты исследования могут помочь укрепить продовольственную безопасность в странах, где рис и кукуруза являются основными товарами. По данным Министерства сельского хозяйства США, рис является основным продуктом питания для более чем половины населения мира.
Ведущий автор, доктор Карл МакКомб, завершивший эту работу в рамках своей докторской диссертации в Австралийском национальном университете, сказал, что болезнетворный фермент может проникать в клетки растений и атаковать ключевую сигнальную молекулу, участвующую в распознавании фосфата - жизненно важного питательного вещества, необходимого для выживания растений.
Он сказал, что фермент «захватывает» ключевые молекулярные пути и обманывает растение, заставляя его думать, что у него не хватает фосфата, активируя реакцию, подобную голоданию. Это позволяет патогену обойти естественные защитные механизмы иммунной системы и вызвать заболевание у урожая.
«В сотрудничестве с коллегами из Австралийской организации ядерной науки и технологий мы смогли подробно раскрыть структуру фермента, используя метод, называемый рентгеновской кристаллографией. Понимание того, как выглядит этот фермент, дало нам критически важную информацию о том, как его используют патогены для атаки на растения», - сказал доктор МакКомб, который в настоящее время является научным сотрудником Калифорнийского технологического института (Caltech).
Доцент Саймон Уильямс, возглавлявший исследовательскую группу ANU в этой работе, сказал, что помимо создания новых культур с усиленной иммунной системой, результаты исследования также могут помочь ученым открыть новые способы дезактивации «эффекта захвата» фермента, аналогичного его включению и выключению, как выключателя света.
«Большая часть нашей работы была сосредоточена на патогенном грибе Magnaporthe oryzae, который вызывает пирикуляриоз риса. Рис является критически важным продуктом питания, а потери от пирикуляриоза риса могли бы прокормить 60 миллионов человек в год», - сказал доцент Уильямс.
«Наше исследование также показывает, что гидролаза NUDIX используется в качестве «оружия» многими различными грибами, включая те, которые вызывают заболевание антракнозом у фруктовых, овощных и семенных культур. Эти заболевания влияют на производство таких продуктов, как манго, дыни, кукуруза и нут - продуктов, которые любят многие. Это говорит о том, что наша работа также имеет значение для защиты других важных культур», добавил он.
Доцент Уильямс заявил, что полученные результаты предлагают дорожную карту для разработки новых стратегий лечения заболеваний. «Это может включать в себя разработку иммунной системы растения для обнаружения фермента или блокирования его функции. Мы хотим помочь фермерам защитить свой урожай и обеспечить мировые поставки продовольствия», - заключил он.
В работе приняли участие ученые из Австралийского национального университета, Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Университета штата Луизиана.
Источник: Australian National University. Фото: Jamie Kidston/ANU.