Грибковые заболевания, в совокупности называемые мучнистой росой, поражают широкий спектр видов растений, в том числе важные для сельского хозяйства зерновые, такие как ячмень, и приводят к значительному снижению урожайности. Грибы, вызывающие мучнистую росу, доставляют так называемые эффекторные молекулы внутрь клеток растений, где они воздействуют на физиологию и иммунную систему хозяина. В ответ на это у некоторых растений развились гены резистентности (R), обычно внутриклеточные иммунные рецепторы, которые распознают инфекцию, обнаруживая эффекторы грибка, что часто приводит к гибели растительных клеток в месте попытки заражения, чтобы ограничить распространение грибка. Согласно преобладающему мнению, прямое распознавание эффекторов иммунными рецепторами является довольно редким явлением при взаимодействии растений и патогенов, и вместо этого считалось, что в большинстве случаев распознавание происходит через другие белки-хозяева, которые модифицируются патогеном.
В популяциях ячменя один из рецепторов мучнистой росы, обозначенный как локус милдью а (Mla), претерпел выраженную диверсификацию, в результате чего появилось большое количество различных вариантов белка MLA с очень похожими (>90%) последовательностями ДНК. Это предполагает совместную эволюцию с эффекторами мучнистой росы, но природа эволюционных отношений и взаимодействий между иммунным рецептором и эффекторами оставалась неясной.
Чтобы ответить на эти вопросы, Изабель Заур, Саския Бауэр и их коллеги из отдела Пауля Шульце-Леферта сначала выделили несколько эффекторов из мучнистой росы, собранных в полевых условиях. За исключением двух, все эти белки сильно отличались друг от друга. Когда авт. экспрессировали эффекторы вместе с соответствующими рецепторами MLA, это приводило к гибели клеток не только в ячмене, но также и в отдаленно родственных клетках табака, что уже предполагает, что для распознавания не требуются другие белки ячменя. Используя биолюминесценцию в качестве маркера прямых белок-белковых взаимодействий, ученые действительно обнаружили специфические ассоциации пар эффектор-MLA в экстрактах листьев табака. Точно так же анализ белок-белковых взаимодействий у дрожжей также выявил взаимодействие только совпадающих пар эффектор-MLA. Эти результаты свидетельствуют о том, что варианты рецепторов MLA, тесно связанные с последовательностями, непосредственно обнаруживают неродственные грибковые эффекторы.
Болезни растений являются основной причиной потери урожая сельскохозяйственных культур. Перенос генов R растений между видами является потенциально мощным подходом к созданию устойчивых к болезням сельскохозяйственных культур. Открытие авторов, заключающееся в том, что несколько вариантов одного и того же гена устойчивости способны связывать разные белки патогенов, в том числе у отдаленно родственных видов растений, подчеркивает потенциал этого подхода и согласуется с более ранними выводами о том, что версии пшеницы Mla, Sr33 и Sr50, обеспечивают устойчивость к болезням изолята стеблевой ржавчины Ug99, который представляет собой серьезную угрозу мировому производству пшеницы.
Пол Шульце-Леферт видит на горизонте новые захватывающие области применения: «Наше открытие, что прямые рецепторно-эффекторные взаимодействия широко распространены для рецепторов MLA, предполагает, что можно рационально сконструировать синтетические рецепторы для обнаружения эффекторов патогенов, которые ускользают от наблюдения со стороны иммунная система растений."