Как растения закрывают дверь для инфекции

Растения защищаются от патогенов, закрывая свои поры (устьица), но механизм этого процесса долгое время оставался неизвестным. Учёные знали, что поток ионов кальция в клетки, окружающие устьица, заставляет их закрываться, но как именно кальций попадает в клетки, было неясно.

Новое исследование международной команды с участием учёных из Университета Мэриленда показало, что белок OSCA1.3 формирует канал, через который кальций поступает в клетки вокруг устьиц растения. Также было установлено, что этот процесс запускает известный белок иммунной системы BIK1.

Результаты, опубликованные 26 августа 2020 года в журнале Nature, — важный шаг к пониманию защитных механизмов растений, что в перспективе может привести к созданию более здоровых, устойчивых и продуктивных сельскохозяйственных культур.

Ключевой механизм иммунного ответа

Устьица окружены двумя замыкающими клетками, которые реагируют на сигналы кальция, расширяясь или сжимаясь, и запускают врождённый иммунный ответ. Поскольку кальций не может проходить через мембраны этих клеток напрямую, должен существовать кальциевый канал.

Чтобы найти белок, формирующий этот канал, команда под руководством Сирила Ципфеля из Университета Цюриха ищла белки, которые модифицируются белком BIK1 — ключевым компонентом кальциевого иммунного ответа у растений. В ходе экспериментов выяснилось, что BIK1 специфически изменяет белок OSCA1.3, что указывало на его возможную роль в качестве кальциевого канала. OSCA1.3 принадлежит к широко распространённому семейству белков, известных как ионные каналы у многих организмов, включая человека.

Экспериментальное подтверждение

Для проверки гипотезы Ципфель привлёк лабораторию Жозе Фейжо из Университета Мэриленда, специализирующуюся на изучении ионных каналов у растений. Эксперименты, проведённые Эрваном Мишаром, показали, что BIK1 действительно заставляет OSCA1.3 открывать кальциевый канал в клетку, и объяснили механизм этого процесса.

BIK1 активируется только при заражении растения патогеном, что указывает: OSCA1.3 открывает кальциевый канал для закрытия устьиц именно как защитную иммунную реакцию.

Значение открытия

«Это фундаментальное знание крайне необходимо, чтобы понять, как биом отреагирует на климатические изменения», — отметил Жозе Фейжо. Его лаборатория будет использовать новые данные об OSCA1.3 в исследованиях эволюционной роли кальция как универсального сигнального вещества о стрессах — от инфекций до изменения климата.

«Идентификация OSCA1.3 заполняет один из важных пробелов в наших знаниях», — добавил Сирил Ципфель.