Международная команда из Гента, Бельгия (VIB-UGent Center for Plant Systems Biology) и Базеля, Швейцария (Базельский университет), обнаружила связь между классом ферментов и иммунными сигналами, которые быстро срабатывают при физическом повреждении. в растениях. Это новое открытие расширит наше понимание иммунной системы растений и может быть использовано для улучшения здоровья растений и повышения урожайности в будущем.
В качестве универсального процесса во всех многоклеточных организмах, включая людей и растения, поврежденные клетки посылают сигналы, чтобы предупредить окружающие ткани о ране. Эти сигналы могут активировать иммунную систему, чтобы предотвратить инфекцию и способствовать регенерации тканей, что в конечном итоге приводит к заживлению ран. У растений короткие белковые фрагменты или пептиды играют важную роль в иммунной системе. Эти пептиды производятся из белков-предшественников, которым «придают форму» так называемые протеолитические ферменты или протеазы.
Проблема в том, что протеаз очень много, а это значит, что важно определить, какие из них выполняют какие роли в иммунной системе растений. Поранив листья кресс-салата, Arabidopsis thaliana, команды Томаса Боллера (почетный профессор Базельского университета), Франка Ван Бреузегема (Центр системной биологии растений VIB-UGent) и Криса Геварта (Центр медицинской биотехнологии VIB-UGent)) обнаружили, что класс протеолитических ферментов, называемых метакаспазами, играет важную роль в реакции растений, которая включает высвобождение кальция и белка-предшественника пептида PROPEP1. Они проверили свои выводы, создав растение с мутацией в гене, кодирующем важную метакаспазу. Это растение не могло выпустить иммунный сигнал.
Чтобы понять скорость и степень иммунного ответа у арабидопсиса, Саймон Сталь, постдоктор, руководивший исследованиями, повредил корни лазером. Целевые растительные клетки отреагировали быстро. Саймон Сталь говорит: «Мы были очень взволнованы, увидев первые лазерные выстрелы, за которыми последовали кальциевые волны и дисперсия сигнала PROPEP1». Недавно обнаруженный процесс можно обобщить следующим образом: повреждение вызывает высокий уровень кальция внутри клетки, который активирует метакаспазы. Эти метакаспазы работают над PROPEP1, который регулирует иммунный ответ и связанные с ним усилия по ограничению повреждений.
Это открывает новые возможности для исследований, поскольку протеазы обычно расщепляют более одного белка. Итак, на какие другие процессы растений влияют метакаспазы и они способствуют реакции на рану и иммунитету? Теперь мы также можем использовать метод лазерной абляции, чтобы изучить множество других реакций в поврежденных клетках и их окружении, чтобы узнать больше о деталях местной реакции на рану. Наконец, стратегии селекции сельскохозяйственных культур в основном выбирают для оптимального роста, урожайности и качества продуктов питания или кормов в сочетании с интенсивным использованием пестицидов, что может нанести вред иммунной системе растений. Метакаспазы теперь становятся потенциальными мишенями для улучшения методов селекции и улучшения иммунитета растений.