Исследователи обнаружили необычную белковую активность в рисе, которую можно использовать, чтобы дать сельскохозяйственным культурам преимущество в эволюционной гонке вооружений против рисовой пирикуляриоза, серьезной угрозы для производства риса во всем мире.
Magnaporthe oryzae, грибок, вызывающий пирикуляриоз риса, создает поражения на растениях риса, которые снижают урожайность и качество зерна. Грибок приводит к потере до трети мирового урожая риса, что примерно достаточно, чтобы накормить более 60 миллионов человек каждый год.
Были использованы различные стратегии для защиты от грибка, но устойчивый подход еще не разработан. Стоимость и экологические проблемы ограничивают успех токсичных фунгицидов. А явление, называемое перетаскиванием по сцеплению, при котором нежелательные гены передаются вместе с желательными, затрудняет для селекционеров получение сортов риса, демонстрирующих повышенную устойчивость к болезням, но при этом дающих зерно с желаемой скоростью.
Технологии редактирования генов в конечном итоге можно будет использовать для точной вставки генов в растения риса, преодолевая проблему сцепления, но сначала необходимо идентифицировать или сконструировать гены, повышающие иммунитет риса.
Группа исследователей из Японии и Великобритании сообщает в Journal of Biological Chemistry, что определенный иммунный рецептор риса - из класса рецепторов, которые обычно распознают только отдельные патогенные белки - выполняет двойную функцию, вызывая ответные иммунные реакции. к двум отдельным грибковым белкам. Гены, кодирующие этот рецептор, могут стать шаблоном для разработки новых рецепторов, каждый из которых может обнаруживать несколько грибковых белков и, таким образом, повышать устойчивость рисовых культур к болезням.
Райсовый пирикуляриоз использует множество белков, известных как эффекторы, внутри клеток риса. В ответ растения риса развили гены, кодирующие белки, связывающие нуклеотиды и богатые лейцином, или NLR, которые представляют собой внутриклеточные иммунные рецепторы, привлекающие специфические грибковые эффекторы. После того, как специфический грибковый эффектор рецептора NLR связывается с приманкой, инициируются сигнальные пути, вызывающие гибель клеток.
"(Клетки) умирают в очень локализованной области, поэтому остальная часть растения способна выжить. Это почти как пожертвовать своим пальцем, чтобы спасти остальную часть своего тела", - сказал Марк Бэнфилд, профессор и руководитель группы. в Центре Джона Иннеса в Норвиче, Англия, и старший автор исследования.
Узнав из предыдущей работы, что грибковые эффекторы AVR-Pia и AVR-Pik имеют схожую структуру, исследователи попытались выяснить, могут ли какие-либо NLR риса, которые, как известно, связываются с одним из этих эффекторов, также связываться с другим., сказал Бэнфилд.
Ученые вводили различные комбинации NLR риса и грибковых эффекторов в табак (модельная система для изучения иммунитета растений), а также использовали растения риса, чтобы показать, могут ли какие-либо необычные пары объединяться и вызывать иммунные реакции. Связывающий AVR-Pik NLR риса, называемый Pikp, вызывал гибель клеток в ответ на AVR-Pik, как и ожидалось, но, к удивлению, эксперименты показали, что растения, экспрессирующие этот NLR, также частично реагировали на AVR-Pia.
Авторы внимательно изучили неожиданное спаривание с помощью рентгеновской кристаллографии и заметили, что NLR риса обладает двумя отдельными стыковочными сайтами для AVR-Pia и AVR-Pik.
В своей нынешней форме Pikp вызывает скудные иммунные реакции после связывания AVR-Pia, однако ДНК рецептора можно модифицировать, чтобы улучшить его сродство к несовпадающим эффекторам, сказал Бэнфилд.
«Если мы сможем найти способ использовать эту возможность, мы сможем создать супер-NLR, способный связывать несколько эффекторов патогенов», - сказал Банфилд.
По словам Бэнфилда, в конечном итоге технологии редактирования генов могут быть использованы для внедрения улучшенных версий NLR, таких как Pikp, в растения, что может склонить чашу весов в пользу рисовых культур перед лицом пирикуляриоза риса..
Другими авторами этого исследования являются Фрейя А. Варден, Хиромаса Сайто, Кае Йошино, Марина Франческетти, Софиен Камун и Риохей Тераучи.