Защита растений от скрытых болезней

Некоторые патогены обманывают растения, захватывая их систему сигнализации защиты. Это вызывает ложную тревогу, которая перенаправляет ресурсы растения на борьбу с несуществующей угрозой, позволяя реальным врагам беспрепятственно захватить растение.

Международная команда учёных под руководством Университета штата Мичиган помогает растениям противостоять таким атакам, усиливая их систему оповещения. Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что команда сконструировала рецептор жасмонатов — ключевого гормона защиты растений — для отражения скрытых атак высокоэволюционировавших патогенов.

«Это первый пример использования инженерии рецепторов для исправления уязвимого компонента иммунной системы растений, который часто захватывается высокоэволюционировавшими патогенами для вызова болезни», — сказал Шэн Ян Хэ, заслуженный профессор Лаборатории исследований растений MSU-DOE.

Этот подход отличается от традиционной селекции сельскохозяйственных культур на основе генов устойчивости и основан на глубоком понимании ключевого компонента иммунной системы — рецептора жасмонатов.

Исследование может иметь серьёзные практические последствия и служить примером поиска и исправления уязвимых компонентов иммунной системы растений. Оно также может обеспечить общую стратегию создания нового поколения устойчивых к болезням сельскохозяйственных культур. Коллективные потери от болезней растений во всём мире составляют более $200 млрд ежегодно.

Жасмонаты регулируют защиту растений от широкого спектра патогенов и насекомых. Однако в эволюционной гонке вооружений группа высокоэволюционировавших патогенов производит токсин коронатин, имитирующий жасмонаты. Бактерии используют этот токсин, чтобы перехватить управление рецептором жасмонатов. Это перенаправляет ресурсы растения и позволяет патогенам беспрепятственно проникнуть в «дверь», не вызывая тревоги.

Чтобы остановить этот захват, Хэ и его команда создали улучшенный рецептор. Он по-прежнему может сигнализировать для защиты от насекомых, но при этом обладает значительно сниженной чувствительностью к токсину коронатину. Доказательство концепции команды показывает, что захват рецептора жасмонатов бактериальными патогенами можно остановить, а растения можно модифицировать для устойчивости как к насекомым, так и к патогенам — одной из труднодостижимых целей исследований в фитопатологии и энтомологии.

«Потребовалось много лет фундаментальных исследований ряда лабораторий, но мы выполнили точный ремонт системы декодирования жасмонатов, чтобы она теперь могла различать эндогенные жасмонаты в растениях и бактериальный токсин коронатин», — сказал Хэ. — «Мы показываем, что модифицированные растения Arabidopsis, оснащённые восстановленной системой декодирования жасмонатов, не только защищены от насекомых, но и не позволяют бактериям вызывать болезнь».

Концепция ремонта компонентов системы защиты растений является перспективной и может стать новым трендом в будущих усилиях по защите растений от многочисленных болезней.