Что происходит на молекулярном уровне, когда растения защищаются от вторжения патогенов? Ранее предполагалось, что процессы протекают примерно одинаково во всех растениях. Однако это неправда, как продемонстрировала группа биологов из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) в новом исследовании, опубликованном в научном журнале The Plant Cell. Исследователи исследовали защитные процессы у дикого растения табака N. benthamiana и обнаружили, что эти процессы работают совершенно иначе, чем считалось ранее. Команда также описывает в исследовании, как они обнаружили это сложное взаимодействие с помощью методов редактирования генома CRISPR/Cas9.
При защите от патогенов растения могут использовать только свою врожденную иммунную систему. «Иммунная система растений довольно проста. Специальные рецепторные белки на поверхности растительных клеток могут распознавать патогены и бороться с ними. Это вызывает низкий уровень иммунного ответа», - говорит доктор Йоханнес Штуттманн из Института биологии MLU. Однако некоторые бактерии нашли способ обойти этот защитный механизм: они вводят так называемые эффекторные белки непосредственно в растительную клетку, чтобы подавить защитные реакции. В ходе эволюции растения приспособились к этому трюку и выработали другие белки-рецепторы. Эти белки распознают захватчиков внутри клетки через эффекторные белки и быстро вызывают сильную иммунную реакцию. «Поскольку у растений нет собственных иммунных клеток или антител, внутриклеточные рецепторные белки играют ключевую роль в иммунном ответе растения», - объясняет Штуттманн.
До сих пор фундаментальные принципы иммунной системы растений в основном изучались на кресс-салате (Arabidopsis thaliana), относительно простом модельном организме. Теперь группа Штутмана хотела выяснить, можно ли перенести эти открытия на табачное растение N. benthamiana. По словам Штуттмана, его геном значительно сложнее и еще не полностью секвенирован. Однако у растения есть ряд преимуществ, которые делают его интересным для дальнейших исследований.
Команда исследовала особый класс рецепторов внутри клетки, называемых рецепторами TNL. Известно, что этот класс иммунных рецепторов функционирует должным образом только в сочетании со специфическим белковым комплексом. Чтобы увидеть, отвечают ли одни и те же гены за иммунную систему двух видов растений, исследователи сначала вырезали несколько генов-кандидатов в табаке, используя методы редактирования генома, а затем поменяли местами гены между двумя видами. Затем они проверили, реагируют ли растения на вредителей. «Была обнаружена неожиданная сложность: хотя рецептор TNL в растении табака также работал в кресс-салате, это не относилось к генам белкового комплекса. Фактически, растениям табака требуется другой белковый комплекс, чем кресс-салат, для индуцируемого TNL-рецептором иммунного ответа. Сигнальные пути для иммунных реакций у разных растений, по-видимому, различаются», - говорит Штуттманн. Это удивительно, поскольку ранее предполагалось, что эти процессы у растений в значительной степени идентичны, поскольку участвующие в них белки относительно мало изменились в ходе эволюции растений.
«Широко распространенное мнение о том, что результаты исследования Arabidopsis thaliana можно легко перенести на другие виды, часто оказывается ложным», - заключает Штуттманн. В то же время новое исследование служит для того, чтобы сделать N. benthamiana модельным организмом для решения этих и других вопросов.