Исследователи выяснили, как некогда побежденная бактерия вновь появилась, чтобы заразить хлопок в битве, которая может испортить большую часть урожая в Техасе и США.
И это сводится к следующему: Умная бактерия с пристрастием к сладкому.
«Это пищевая борьба между бактерией и хлопковым растением», - сказал доктор Либо Шан, патологоанатом из Техасского исследовательского центра A&M AgriLife Research в Колледж-Стейшн. «Бактерия обманом заставляет хозяина производить себе пищу. Но как только бактерия оказывается на растении, она экономит собственные ресурсы и переключает транспортировку сахара растением на себя. Растение-хозяин лишено сахара, необходимого для получения энергии, не может избавиться от бактерий, и болезнь прогрессирует. Эта бактерия очень умна."
Открытие опубликовано в выпуске журнала Nature Communications от 24 мая.
Болезнь представляет собой бактериальный ожог, вызываемый подвидом Xanthomonas citri malvacearum, также известным как Xcm. Десятилетия назад он ежегодно уничтожал тысячи акров хлопка, проявляясь сначала в виде коричневых пятен на листьях, стеблях и даже коробочках, а затем распространяясь до тех пор, пока растение - а на самом деле целые поля растений - не сбросило листья и не перестало расти. По словам Шан, это одинаково губительно для риса и маниоки.
Ученые давно определили Xcm как виновника, но не знали, как и почему бактерия вышла на тропу войны. Тем временем селекционеры протестировали сорта хлопчатника, которые были менее восприимчивы, и вывели сорта, более устойчивые к болезни. Это работало с конца 20-го века до тех пор, пока примерно шесть лет назад бактериальный ожог Xcm снова не проявился в силе на посевах хлопка в Техасе и других штатах, уничтожая даже те сорта, которые раньше могли его предотвратить.
Научные работники AgriLife из Лаббока начали исследовать поля и растения в поисках ответов, которые помогут фермерам справиться с ситуацией, в то время как другая группа в Колледж-Стейшн тщательно изучила взаимодействие бактерий и хлопка на клеточном уровне и обнаружила их скрытые операции.
«Эти бактерии вызывают болезни хлопка, используя секретное оружие, своего рода игольчатую структуру, для введения белковых эффекторов в клетки хлопка», - сказал Шан. «Один из этих эффекторов имитирует факторы транскрипции хозяина, непосредственно нацеливая и активируя транскрипцию гена-хозяина переносчика растительного сахара. Затем растение начинает перекачивать энергетический сахар изнутри клетки в апопласт или путь клетки, таким образом питая бактерии.."
Открытие было частично сделано Кевином Коксом, аспирантом Texas A&M из Сент-Луиса, штат Миссури, который работал с Шаном почти четыре года и является ведущим автором статьи.
«Моя часть работы заключалась в основном в том, чтобы определить, какой ген активируется конкретным эффектором из бактерий, чтобы вызвать заболевание», - сказал он. «Когда мы узнали, что является целью этого эффектора, мы обрадовались. Это было довольно круто».
Шан сказал, что волнение среди исследователей отразилось по нескольким причинам.
«Во-первых, это обеспечит механистическое понимание того, как бактерия вызывает болезнь хлопка, а во-вторых, она предоставит потенциальную стратегию борьбы с этой болезнью хлопка и устойчивости к бактериям», - сказала она. «В-третьих, это может предоставить потенциальные инструменты для более ранней диагностики наличия этого заболевания до того, как симптомы проявятся в полевых условиях».
Это важно, сказал Шан, потому что когда фермер видит болезнь в поле, уже слишком поздно.
"Это очень трудно контролировать. Может быть затронуто до 40 процентов урожая хлопка", - добавила она. «Поэтому, хотя это фундаментальное открытие механизма того, как бактерия вызывает заболевание, оно дает большой потенциал для применения в полевых условиях».
Шан сказал, что изоляты раннего штамма и текущего штамма бактерии Xcm - и секвенирование их геномов - указали на наличие полиморфизмов, генетически немного отличающихся, но действующих одинаково при атаке на хлопок.
«Мы сравнили генетические различия, пытаясь определить причину безудержного повторного появления болезни в последние годы», - сказала она. «Вполне вероятно, что быстрое развитие новых бактериальных эффекторов способствовало возрождению этого заболевания».
Команда продолжит изучение бактериального ожога хлопка, а также изучит влияние этих находок на рис и маниоку.
«Мы хотим внедрить инструменты для диагностики хлопка, работая с инженерами над созданием очень чувствительного зонда, который, возможно, будет использоваться врачом для диагностики диабета у людей», - сказал Шан. «Было бы полезно иметь датчик, способный определять содержание сахара в поле для хлопка, особенно на ранней стадии всходов».
Она сказала, что команда может также изучить «технологии редактирования генов», чтобы удалить часть гена, которая позволяет бактериям питаться растениями, что сделает хлопок более устойчивым.