Исследователи из Вашингтонского государственного университета обнаружили, как растения реагируют на болезнетворные организмы и как они защищают себя, что привело к потенциальным прорывам в селекции устойчивости к болезням или вредителям.
Результаты были опубликованы в журнале Plant Physiology и описывают, как растения реагируют на молекулу, высвобождаемую во время повреждения, вызванного инфекцией или внешними факторами. В статье показано, как аденозин-5-трифосфат (АТФ), часть ДНК и производство энергии в клетках, становится сигналом повреждения или инфекции, когда находится вне клеток. Этот сигнал запускает защитные реакции растений.
«Мы обнаружили пути, которые связывают АТФ с реакцией клеток растений, защищающих растение», - сказал Дэвид Ганг, профессор WSU в Институте биологической химии.
Наука, стоящая за этим, интересна, но основное влияние на общество окажет будущее использование этой информации, сказал доцент WSU по патологии растений Киваму Танака.
«Это план того, как работает иммунная система растения», - сказал Танака. «В некоторых отношениях даже самые новаторские селекционные программы все еще блуждают в темноте, чтобы создать сопротивление. Но если у вас есть план, вы можете достичь цели намного быстрее».
Ганг сравнил это с обычным опытом вождения автомобилей.
«Если ваша машина не работает должным образом, вам часто приходится отвозить ее к механику, потому что машины сейчас такие сложные», - сказал он. «Они подключают автомобиль к датчику и могут быстро увидеть проблему. Если бы я это сделал, мне пришлось бы угадывать и надеяться, что я понял это правильно. Таково традиционное разведение, большая часть их работы сложна, потому что им приходится работать с очень многими сложными потенциальными решениями. Теперь у них будет схема, позволяющая избавиться от многих этих значительных усилий».
Заниматься наукой
Чтобы найти правильные пути, исследовательская группа использовала дикорастущие растения, а также растения, измененные в основных путях защиты растений. Ученые запускали реакцию АТФ в модифицированном образце, чтобы проследить путь сигнала к рецептору, а затем воспроизвести его в других образцах. По словам Джереми Джуэлла, научного сотрудника WSU и ведущего автора статьи, это отнимала много времени и приносила большую отдачу.
«Это было похоже на то, как если бы вы шли за одной лапшой в огромной миске, полной их», - сказал Джуэлл. «Внеклеточный АТФ включает защитные реакции частично через эти основные защитные пути, а частично независимо от них, но все эти нити работают вместе. Когда мы нашли новых игроков на этом иммунном пути, это было прекрасное чувство».
Как работает ATP
АТФ - это молекула энергии, необходимая для функционирования жизни, - сказал Танака. Это очень хорошо изучено и изучено внутри клеток. Но АТФ коренным образом меняется, когда находится вне клетки организма.
«Внеклеточный АТФ - это сигнал о повреждении окружающих клеток», - сказал Танака. «АТФ находится вне клетки только тогда, когда что-то повреждено, так что это идеальный триггер для иммунных реакций».
Рецептор, который получает сигнал повреждения АТФ, был обнаружен в 2014 году, но до сих пор ученые не знали, как этот сигнал вызывает иммунный ответ у растений.
«Селекция растений будущего теперь может повысить защиту или устойчивость растений, основываясь на знании этих путей», - сказал Ганг. «Их можно вывести так, чтобы они реагировали быстрее или чтобы они не тратили энергию впустую, включая всю иммунную систему, если требуется только определенная защита. Потенциал этого просто невероятен для помощи растениям и сельскохозяйственным культурам».
Финансовая поддержка предоставляется Национальным научным фондом (IOS-1557813).