Более десяти лет назад ученые обнаружили, что бактерии могут манипулировать системой АБК (абсцизовой кислоты) растения-хозяина, вводя в клетки эффекторные белки, повышая уровень АБК и тем самым удерживая устьица закрытыми. Однако роль растений в этом вопросе оставалась неясной. Активно ли растения защищаются от переувлажнения в условиях высокой влажности? Как они чувствуют повышение влажности и преобразуют это в ответную реакцию?
В недавнем исследовании группа ученых под руководством доцента Сигэтака Ясуды из Нарского института науки и технологий (NAIST), Япония, попыталась ответить на эти вопросы. В написании их статьи, опубликованной в журнале Nature Communications, приняли участие профессор Юсуке Сайдзё из NAIST, доктор Масанори Окамото из RIKEN (Япония), доценты Акихиса Синодзава и Изуми Ёцуи из Токийского сельскохозяйственного университета (Япония), а также профессор Масацугу Тойота из Университета Сайтама (Япония).
Работая с модельным видом растений Arabidopsis thaliana и бактериальным патогеном Pseudomonas syringae, команда сначала обнаружила, что высокая влажность быстро стимулирует выработку фермента CYP707A3, который расщепляет АБК.
Снижение уровня АБК стимулирует открытие устьев, высвобождая воду из межклеточных пространств листьев, где размножаются бактерии. Растения, у которых отсутствовал CYP707A3, были значительно более уязвимы к переувлажнению, что подтверждает его защитную роль.
Затем исследователи проследили эту сигнальную цепочку вверх по течению, выявив, что повышение влажности вызывает увеличение концентрации ионов кальция в клетках листьев через канальные белки, называемые CNGC2, CNGC4 и CNGC9. В свою очередь, это активирует транскрипционный фактор CAMTA3, который регулирует экспрессию специфических генов, способствующих выработке CYP707A3. Примечательно, что разрыв любого звена в этой цепи значительно снижал устойчивость к заболачиванию листа.
Чтобы понять, как реагируют бактерии, команда использовала генетически модифицированные штаммы P. syringae, из которых были удалены различные эффекторные белки. Они обнаружили, что белок AvrPtoB является не только основным эффектором, подавляющим CYP707A3 при высокой влажности, но и модулятором продукции АБК.
Как отмечает доцент Ясуда: «Растения активируют защитные механизмы, чтобы предотвратить накопление воды, в то время как патогены пытаются этому противодействовать, захватывая систему удержания воды в растении».
Эти результаты показывают, что растения воспринимают высокую влажность как предупреждение и запускают молекулярную защиту, а бактерии выработали специфические механизмы для её нейтрализации.
«Наша работа предоставляет информацию, которая может способствовать разработке новых стратегий борьбы с болезнями растений, особенно в условиях высокой влажности, которые, как ожидается, будут встречаться все чаще в связи с изменением климата. Изучение того, действуют ли аналогичные защитные механизмы в основных сельскохозяйственных культурах, таких как рис, может помочь улучшить наше понимание устойчивости к болезням и поддержать будущие подходы к защите растений», — заключает доцент Ясуда.
Источник: Nara Institute of Science and Technology.
