Продовольственная безопасность в XXI веке прямо связана с устойчивостью сельхозкультур к болезням. Обнаружение гена, который помогает растениям контролировать их сопротивляемость заболеваниям, может оказать существенное содействие выведению сельскохозяйственных культур, устойчивых к инфекциям.

 

Успешные результаты исследований могут предоставить доступ к способам тонкой настройки активности гена и, тем самым, повысить устойчивость к болезням. Именно болезни сельскохозяйственных культур являются основной причиной потерь урожая во всем мире. На их долю приходятся 10 процентов потерянных продуктов из числа наиболее важных в современном растениеводстве.

Оксид азота посылает сигнал

За последние годы получены результаты, позволяющие утверждать, что оксид азота (NO) – внутриклеточная сигнальная молекула, при помощи которой регулируются физиологические процессы на всех этапах жизненного цикла растений. Между тем, некоторые крайне важные аспекты биологии NO пока далеки от понимания. Так, существуют различные точки зрения в вопросе образования и утилизации NO у растений. Не до конца изучены механизмы восприятия и пути передачи сигнала NO, а также пока нет сведений о том, как обеспечивается специфичность, необходимая для координированного включения ответов на NO. Ответы на эти вопросы ищут биологи в научных лабораториях мира.

Борьба с инфекцией

Эдинбургские ученые изучили растения, подвергающиеся атакам бактерий или вирусов, и выяснили: в качестве ответной реакции в растении выделяется некоторое количество газа, известного как оксид азота. Этот газ накапливается в растительных клетках и вызывает защитную реакцию иммунной системы растений.

Исследователи использовали обычные растения кресс-салата (Arabidopsis thaliana) для наблюдения и изучения генов, деятельность которых активировалась с повышением уровня оксида азота.

Они обнаружили, что ранее неизвестный ген SRG1 начинает проявлять себя с появлением бактериальной инфекции и быстро активируется оксидом азота.

Ключевой регулятор

Дальнейшие анализы процессов, происходящих внутри растений, показали, что SRG1 приводит в действие защитный механизм растения, одновременно ограничивая активность генов, подавляющих реакцию иммунной системы растений. Изменяя степень активности гена SRG1, исследователи смогли подтвердить свое заключение о том, что растения с более высоким уровнем защитных белков, продуцируемых геном, оказываются более устойчивыми к инфекции.

Они также обнаружили, что оксид азота регулирует активность иммунной реакции, гарантируя, что реакция системы защиты растения не окажется чрезмерно разрушительной.

Было установлено, что сверхактивная иммунная реакция растения в состоянии повредить само растение и замедлить его рост, точно таким же образом, как аутоиммунные заболевания у людей заставляют иммунную систему атаковать собственный организм человека.

Общий механизм

Сегодня накоплено много разрозненных фактов, относящихся к синтезу, молекулярным механизмам действия и роли оксида азота у растений. Однако все еще невозможно собрать их в единую картину. Отдельные важные аспекты биологии NO далеки от понимания. Так, существуют различные точки зрения в вопросе образования и утилизации NO у растений. Не до конца изучены механизмы восприятия и пути передачи сигнала NO, а также пока нет сведений о том, как обеспечивается специфичность, необходимая для координированного включения ответов на NO. Возможно, часть ответов удастся найти, основываясь на знаниях, полученных при изучении особенностей функционирования NO у животных. Такой сравнительный анализ позволил бы выявить аналогии и подчеркнуть различия в современном понимании роли NO у растений.

Хотя даже сейчас, объединив отдельные кусочки «NO-головоломки», можно утверждать наверняка: NO – важный регулятор жизни растения не только при стрессе, но и в нормальных условиях их роста и развития.

Исследователи предполагают, что результаты дальнейших опытов могут дать представление о фундаментальных процессах, лежащих в основе иммунной регуляции.

Перевод Владимира Францкевича