Растительный иммунитет "нарезается" по размеру

Международная группа учёных из Гента, Бельгия (Центр системной биологии растений VIB-Университет Гента) и Базеля, Швейцария (Базельский университет), обнаружила связь между классом ферментов и иммунными сигналами, которые быстро запускаются при физическом повреждении растений. Это открытие углубит понимание иммунной системы растений и может быть использовано для улучшения здоровья и урожайности сельскохозяйственных культур.

Повреждённые клетки посылают сигналы для оповещения окружающих тканей — это универсальный процесс для всех многоклеточных организмов, включая людей и растения. Эти сигналы могут активировать иммунную систему для предотвращения инфекции и способствовать регенерации тканей. В растениях важную роль в иммунитете играют короткие белковые фрагменты или пептиды. Они образуются из белков-предшественников, которые "нарезаются" протеолитическими ферментами, или протеазами.

Проблема в том, что протеаз очень много, поэтому важно определить, какие из них какую роль выполняют. Повреждая листья резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), команды Томаса Боллера (Базельский университет), Франка Ван Брёсегема (VIB-Университет Гента) и Криса Геварта (VIB-Университет Гента) обнаружили, что важную роль в ответе растения играет класс протеолитических ферментов — метакаспазы. Этот ответ включает выброс кальция и белка-предшественника пептида PROPEP1. Учёные проверили открытие, создав растение с мутацией в гене, кодирующем важную метакаспазу. Это растение не могло высвобождать иммунный сигнал.

Чтобы понять скорость и масштаб иммунного ответа, постдок Симон Шталь, руководивший работой, повреждал корни растений лазером. Клетки-мишени реагировали быстро. Симон Шталь отмечает: «Мы были очень взволнованы, увидев, как за первыми лазерными выстрелами следуют волны кальция и распространение сигнала PROPEP1». Новый процесс можно обобщить так: повреждение вызывает высокий уровень кальция внутри клетки, что активирует метакаспазы. Эти метакаспазы начинают работать с PROPEP1, регулируя иммунный ответ и связанные с ним усилия по ограничению ущерба.

Это открывает новые направления для исследований, поскольку протеазы обычно расщепляют более одного белка. На какие ещё процессы в растениях влияют метакаспазы и как они способствуют реакции на ранение и иммунитету? Исследователи могут использовать технику лазерной абляции для изучения других реакций в повреждённых клетках и их окружении.

Стратегии селекции сельскохозяйственных культур в основном нацелены на оптимальный рост, урожайность и качество в сочетании с интенсивным использованием пестицидов, что потенциально ослабляет иммунную систему растений. Метакаспазы теперь рассматриваются как потенциальные мишени для улучшения методов селекции и повышения иммунитета культур.

Исследование "Damage on plants activates Ca²⁺-dependent metacaspases for release of immunomodulatory peptides" опубликовано в журнале Science.