Группа международных исследователей во главе с учеными из Тюбингенского университета расшифровала действие цитолитического токсина, который вырабатывается некоторыми из самых разрушительных болезней растений в мире. Цитолизин производится патогенными микроорганизмами, такими как бактерии и грибки, и может уничтожить весь урожай, если не использовать химическую защиту. Исследование, проведенное исследователями из Тюбингена и их партнерских учреждений в Беркли, Бордо, Любляне, Льеже и Вако в Японии, а также в Геттингене в Германии, может привести к поиску способов лучшей защиты сельскохозяйственных культур от таких патогенов в будущем. Исследование было опубликовано в последнем выпуске журнала Science.
Великий голод в Ирландии унес около миллиона жизней и вынудил более миллиона человек эмигрировать. Он начался в 1845 г. с неурожая картофеля в том и последующих годах из-за фитофтороза картофеля, вызванного оомицетом Phytophthora infestans. Он быстро убивает зараженное растение и портит клубни картофеля.
«Этот патогенный организм вырабатывает цитолизин, настоящий токсин-убийцу», - говорит доктор Изабель Альберт из Тюбингенского центра молекулярной биологии растений. Цель организма - убить растительные клетки, чтобы он мог питаться мертвой тканью». С этой целью цитолизин перфорирует мембрану растительной клетки, повреждая ее без возможности восстановления. Пораженные клетки умирают.
Phytophthora infestans - не единственный патоген, использующий эту тактику, объясняет Альберт. Так же как и Pectobacterium carotovorum, поражающая прежде всего корни; это также предпочтительный способ поражения грибком Botrytis, который губит урожай фруктов и овощей. До сих пор не было понятно, почему эти цитолизины серьезно повреждают одни виды растений, не затрагивая другие. «Например, клетки всех видов злаков остаются неповрежденными токсином, - говорит Альберт, - поэтому такие патогены, как фитофтороз картофеля, не вредят злакам».
Исследователи теперь показали, что чувствительность к цитолизину зависит от рецептора в растительной клетке, который значительно отличается у разных типов растений. В обоих случаях это молекулярная цепь из остатков сахара и жиров, но у таких растений, как картофель и помидоры, эта цепь короткая, а у злаков более длинная молекулярная цепь. «Этот более длинный рецептор, по-видимому, означает, что цитолизин может соединяться с рецептором в пшенице или ячмене, но не может достигать клеточной мембраны - и, следовательно, не может иметь своего смертельного эффекта», - сообщает Альберт..
Как объяснил профессор Торстен Нюрнбергер, возглавлявший исследование, характеристики различных рецепторов токсинов предлагают значительное потенциальное применение: «К растениям, которые чувствительны к цитолизину из-за их рецептора, относятся многие сорняки.«Это открывает возможность разработки природного гербицида на основе микробного токсина, который действовал бы очень избирательно и, следовательно, гораздо более безвредно для окружающей среды, чем распространенные сегодня гербициды, такие как глифосат..
Еще одной перспективой, вытекающей из исследования, по словам Нюрнбергера, является разработка новых видов биологических химикатов для защиты растений. Он говорит, что вполне возможно, что специальные молекулы сахара могут быть использованы для блокирования токсина цитолизина, предотвращая его стыковку с уязвимыми растительными клетками. По словам Нюрнбергера, это может обеспечить эффективную защиту от ряда смертельных болезней растений.