Невидимые невооруженным глазом цистообразующие нематоды представляют собой серьезную угрозу для сельского хозяйства, ежегодно вызывая миллиарды долларов мировых потерь урожая. Группа ученых-растителей во главе с исследователями из Университета Миссури недавно обнаружила один из механизмов, с помощью которого цистообразующие нематоды вторгаются в растения сои и высасывают из них необходимые для жизни питательные вещества. Понимание молекулярной основы взаимодействия между растениями и нематодами может привести к разработке новых стратегий борьбы с этими основными сельскохозяйственными вредителями и помочь накормить растущее население планеты.
Соевые бобы являются основным компонентом двух третей кормов для животных в мире и более половины пищевого масла, потребляемого в Соединенных Штатах, по данным Министерства сельского хозяйства США (USDA). Цистовые нематоды ставят под угрозу здоровое производство этого важнейшего глобального источника пищи, «захватывая» биологию растений сои.
«Цистные нематоды являются одной из наиболее экономически разрушительных групп нематод, паразитирующих на растениях во всем мире», - сказала Мелисса Гоэллнер Митчум, исследователь Центра наук о жизни Бонда и доцент кафедры наук о растениях в MU. «Эти паразиты повреждают корневую систему, создавая уникальную питающую клетку в корнях своих хозяев и высасывая питательные вещества из растения сои. Это может привести к задержке роста, увяданию и потере урожая растения. Мы хотели изучить пути и механизмы, которые цистообразующие нематоды используют для захвата растений сои».
Около 15 лет назад Митчем и его коллеги открыли ключи к разгадке того, как нематоды используют небольшие цепочки аминокислот или пептидов, чтобы питаться корнями сои.
Используя технологии секвенирования следующего поколения, которые ранее были недоступны, Майкл Гарднер, дипломированный научный сотрудник, и Цзянин Ван, старший научный сотрудник лаборатории Митчема, сделали замечательное новое открытие - нематоды обладают способностью производить второй тип пептида, который может эффективно «заменять» стволовые клетки растений, которые используются для создания жизненно важных путей доставки питательных веществ по всему растению. Исследователи сравнили эти пептиды с пептидами, вырабатываемыми растениями, и обнаружили, что они идентичны тем, которые растения используют для поддержания сосудистых стволовых клеток, известных как пептиды CLE-B..
«Растения посылают эти химические сигналы своим стволовым клеткам, чтобы начать различные функции роста, включая сосудистый путь, который растения используют для транспортировки питательных веществ», - сказал Митчем.«Усовершенствованное секвенирование показало нам, что нематоды используют идентичные пептиды для активации одного и того же процесса. Эта «молекулярная мимикрия» помогает нематодам создавать места питания, из которых они истощают питательные вещества растений».
Чтобы проверить свою теорию, Сяоли Гуо, постдокторский исследователь в лаборатории Митчема и первый автор исследования, синтезировал пептид нематоды CLE-B и применил его к сосудистым клеткам арабидопсиса, используемой модельной системы растений. в исследованиях растений. Они обнаружили, что пептиды нематод вызывали реакцию роста арабидопсиса почти так же, как собственные пептиды растений влияли на развитие.
Затем команда «вырубила» гены, которые растения арабидопсиса используют для передачи сигналов своим собственным стволовым клеткам. Го говорит, что здесь нематоды не справились, потому что паразиты не могли подать сигнал растению, а место питания нематод было нарушено..
«Когда нематода атакует корень, она выбирает сосудистые стволовые клетки, расположенные вдоль корня», - сказал Митчем.«Вырубив этот путь, мы уменьшили размер места питания, которое нематоды используют для контроля над растением. Это первый раз, когда мы смогли показать, что нематода модулирует или контролирует сосудистый путь растения. Понимание того, как растение -паразитические нематоды модулируют растения-хозяева в свою пользу, является решающим шагом в создании устойчивых к вредителям растений. Если мы сможем заблокировать эти пептиды и пути, которые нематоды используют для захвата растений сои, мы сможем повысить устойчивость этого очень ценного глобального растения. источник пищи."