Широко известное как «ведьмин», паразитическое растение Striga hermonthica уничтожает посевы в странах Африки к югу от Сахары. Ученые обнаружили в стригах уникальный белок, который помогает поддерживать высокую транспирацию. Striga использует транспирацию, чтобы эффективно красть воду и питательные вещества у своих хозяев, поэтому этот белок может стать новой мишенью для контроля Striga. Результаты были опубликованы 25 февраля в журнале Nature Plants.
Striga hermonthica - паразитический сорняк, в основном встречающийся на африканском континенте к югу от пустыни Сахара. Он отсасывает корни основных зерновых культур, таких как сорго, просо, сладкая кукуруза и рис, поглощая воду и питательные вещества из своих хозяев. Ущерб сельскому хозяйству в Африке, наносимый Striga, оценивается примерно в девять миллиардов долларов США в год.
При транспирации вода проходит через растения и испаряется из их листьев через устьица (дышащие поры). В условиях засухи растения обычно ограничивают транспирацию, чтобы регулировать потерю воды, но Striga поддерживает высокий уровень транспирации. Это означает, что в засушливых регионах Striga может более эффективно воровать воду и питательные вещества у своих хозяев. Однако механизм, с помощью которого Striga держит устьица открытыми, не выяснен.
Когда растения подвергаются стрессу от засухи, они синтезируют растительный гормон, называемый абсцизовой кислотой (АБК). Эта небольшая молекула вызывает закрытие устьиц для подавления транспирации. Листья стриги содержат большое количество АБК, и экзогенная обработка АБК не снижала транспирации. Команда пришла к выводу, что причиной высокого уровня транспирации у Стриги является нарушение чувствительности к ABA.
АБК в растениях быстро увеличивается в ответ на стресс от засухи и связывается с рецептором, известным как PYL. Связанный с АБК рецепторный комплекс PYL связывает и ингибирует протеинфосфатазы С группы А типа 2 (PP2C), которые являются отрицательными регуляторами передачи сигналов АБК. Следовательно, ингибирование PP2Cs позволяет замыкающим клеткам закрывать устьица. Исследовательская группа выделила соответствующие гены у Striga и проанализировала их функции. Они идентифицировали ген ShPP2C1, и его белок конститутивно блокировал передачу сигналов АБК, поскольку ShPP2C1 не контролируется рецепторами PYL. ShPP2C1 имеет отчетливые аминокислотные мутации, не встречающиеся у других растений. Когда команда отредактировала пять аминокислотных последовательностей в модельном растении Arabidopsis, чтобы они напоминали ShPP2C1 (представленную как мутация AtABI15), реакция арабидопсиса на АБК уменьшилась, и его высокие уровни транспирации остались даже в условиях засухи.
Профессор Юкихиро Сугимото (Высшая школа сельскохозяйственных наук Университета Кобе) и доцент Масанори Окамото (Центр биологических исследований и образования Университета Уцуномия) организовали это совместное исследование, которое было поддержано Партнерством научных и технологических исследований в интересах устойчивого развития. Программа (SATREPS).
Профессор Сугимото и доцент Окамото комментируют: «Наши результаты показывают, что аминокислотные мутации изменили свойства генов PP2C у Striga, снизив его чувствительность к АБК и позволив ему поддерживать высокую скорость транспирации даже в условиях засухи. Наземные растения приобрели сигналы ABA, чтобы выжить в среде с меняющимися водными условиями. Стрига, вероятно, потеряла эти функции и приобрела собственные методы получения питательных веществ в процессе адаптации к своему паразитическому образу жизни."
Выводы свидетельствуют о том, что ShPP2C1 играет важную роль в поглощении Striga питательными веществами и водой, и, нацелившись на него, могут стать возможными новые методы борьбы с Striga.«Если мы сможем подавить функции ShPP2C1, это восстановит ABA-ответ Striga и ограничит его способность воровать воду и питательные вещества», - говорит профессор Сугимото. «Двигаясь вперед, путем более подробного анализа структуры белка ShPP2C1, мы надеемся разработать лекарства, которые могут ограничивать функции ShPP2C1».