Нематода, паразитирующая на растениях, является сельскохозяйственным вредителем, который не имеет фундаментальных контрмер и требует разработки устойчивых сортов растений или пестицидов. Этот паразитический вредитель создает гнездо, называемое «желчью», на корнях сельскохозяйственных культур, что снижает способность растения поглощать питательные вещества. Как только этот вредитель закрепится, урожай может погибнуть или его ценность может значительно снизиться. К тому же, однажды заразившись этим докучливым вредителем, невозможно несколько лет выращивать урожай на одном и том же поле. Ущерб, причиняемый этой нематодой сельскому хозяйству, в последнее время увеличивается во всем мире.
Исследователи из Университета Кумамото в Японии в сотрудничестве с Университетом Кастилии-Ла-Манча в Испании проанализировали реакции растений, зараженных нематодами, паразитирующими на растениях, и обнаружили, что стволовые клетки растений активируются для образования галлов. Другими словами, исследователи показали, что нематоды, паразитирующие на растениях, способны эффективно манипулировать стволовыми клетками растений, чтобы устраивать свои гнезда (галлы) в корнях растений. Ожидается, что в будущем это открытие будет способствовать снижению ущерба, наносимого нематодами, за счет улучшения сортов сельскохозяйственных культур.
Предыстория: нематода, насекомое-вредитель
Многие микроорганизмы живут в почве, и растения, как правило, без проблем взаимодействуют с ними. Однако некоторые микроорганизмы, например нематоды, паразитирующие на растениях, наносят значительный вред растениям. Когда эти нематоды вторгаются или заражают растение, на корнях образуется округлое гнездо, называемое галлой. Затем нематода поглощает питательные вещества из растения через желчь, что позволяет ей расти и производить много яиц. До сих пор мало что было известно о том, почему растения создают эти гнезда нематод после заражения.
Гипотеза: манипуляции со стволовыми клетками
Исследователи разработали эксперимент с использованием растения Arabidopsis thaliana, в котором анализировалась его реакция на паразитирование нематодами. Хотя корни A. thaliana очень маленькие и их трудно оценить, им удалось получить очень точные результаты. Они получили большое количество генетических данных с помощью секвенатора нового поколения и провели несколько статистических анализов.
В результате исследователи обнаружили, что функция стволовых клеток растений, по-видимому, ненормально активируется при заражении нематодами. Хотя многие высшие растения имеют небольшое количество стволовых клеток на границе между клетками ксилемы и флоэмы, активность этих стволовых клеток строго контролируется. Однако, когда эти стволовые клетки начинают бесконтрольно расти, образуются аномальные ткани, как рак, и растение становится невозможным принять нормальную форму. Исследователи обнаружили, что в галлах контроль активности стволовых клеток, который в нормальных условиях должен осуществляться очень точно, при заражении паразитическими червями проявлял неуправляемые состояния. Другими словами, они думали, что нематоды манипулируют стволовыми клетками растений, чтобы построить свои гнезда.
Верификация: Визуальная проверка стволовых клеток
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи окрасили стволовые клетки в синий цвет и наблюдали за растениями с момента начала заражения нематодами до образования желчи. Синяя окраска показала распространение стволовых клеток по мере роста корней. Это было подтверждением того, что нематоды захватили контрольный механизм стволовых клеток растений, чтобы построить свои гнезда.
Будущее: от фермы к саду
Это исследование показало, что нематоды, паразитирующие на растениях, могут захватывать стволовые клетки растений. Это открытие очень важно для сельского хозяйства, потому что оно позволит вывести улучшенные сорта растений после того, как будет выяснен механизм присвоения стволовых клеток.
Например, практическое применение стволовых клеток растений, которые в настоящее время используются в Японии для выращивания таких культур, как клубника, спаржа, орхидеи и цикламен, предполагает использование стволовых клеток самых сильных растений для культивирования новых культур in vitro. Однако технология индукции образования стволовых клеток очень сложна, и не так много культур могут использовать эти методы.
«Нематоды могут поражать самые разные растения», - сказал профессор Шиничиро Сава, руководитель исследования в Университете Кумамото. «Эта способность активировать стволовые клетки большинства сельскохозяйственных культур является технологией, которой люди еще не обладают. В будущем, изучая, как нематоды, паразитирующие на растениях, манипулируют стволовыми клетками растений, мы ожидаем, что сможем разработать технологии, которые позволят выращивать гораздо более разнообразные растения. и урожай."