Обнаружен завершающий этап генетической защиты овса от патогенов
Исследователи идентифицировали последние ключевые компоненты генетической защитной системы, которая обеспечивает устойчивость овса к почвенным патогенам.
Это открытие создает значительные возможности для ученых и селекционеров по внедрению версий этого защитного механизма в другие сельскохозяйственные культуры.
Это важная веха в исследовании авенацинов — защитных противомикробных соединений, производимых в корнях овса. Они были впервые идентифицированы более 70 лет назад и относятся к семейству тритерпеновых гликозидов, имеющих разнообразное промышленное и сельскохозяйственное применение.
Авенацины обеспечивают овсу устойчивость к почвенным патогенам, включая чернь злаков (Take-all), опасное заболевание, наносящее серьезный ущерб посевам пшеницы и ячменя.
Профессор Энн Осборн из Центра Джона Иннеса, соавтор исследования: «Когда мы начали 20 лет назад, у нас не было ни одного генетического элемента этого пути биосинтеза авенацинов. Теперь, когда мы нашли последние критические шаги, у нас есть потенциал для его переноса в другие культуры. Пшеница, другие злаки и травы не способны эффективно производить противомикробные соединения. Овес, напротив, — пример супер-приспособленного растения, которое не подвергалось интенсивной селекции и обладает устойчивостью к болезням, которая могла бы принести пользу более культивируемым культурам».
Многие природные соединения растений, такие как авенацин, имеют присоединенные к ним сахара — процесс, называемый гликозилированием. Это важно для биологической активности соединений, в данном случае — противогрибковой активности авенацина.
В этом исследовании, опубликованном в журнале PNAS, ученые использовали ряд методов геномного анализа для идентификации ферментов, катализирующих этот процесс.
Они обнаружили, что последний компонент в этой сахарной цепи добавляется ферментом неожиданного класса. Более того, этот сахар добавлялся в клеточной вакуоли, а не в цитозоле, где происходят большинство этапов гликозилирования в пути биосинтеза авенацинов.
«Фермент трансглюкозидаза, охарактеризованный в этом исследовании, принадлежит к большому семейству ферментов, которые обычно не считаются выполняющими эту функцию», — объясняет первый автор работы доктор Анастасия Орм.
«Понимание роли этого семейства открывает целую новую сферу углеводной биологии, имеющую отношение к природным соединениям, а значит, к лекарствам и другим ценным веществам».
Исследование проводилось в сотрудничестве с профессором Бин Ханом в рамках Центра передового опыта в области наук о растениях и микробах (CEPAMS) — партнерства между Китайской академией наук и Центром Джона Иннеса.
Одним из потенциальных преимуществ лучшего понимания этого большого семейства ферментов может стать биосинтез соединений традиционной китайской медицины с использованием таких ресурсов, как технология транзиентной экспрессии в растениях, разработанная в Центре Джона Иннеса.
Исследование «A non-canonical vacuolar sugar transferase required for biosynthesis of antimicrobial defence compounds in oat» опубликовано в журнале PNAS.