Растения могут подавлять собственный иммунитет с помощью фермента SOBER1

Исследователи из Института Солка обнаружили механизм, с помощью которого растения делают себя менее устойчивыми к бактериальной инфекции. Работа, опубликованная в Nature Communications 19 декабря 2017 года, может помочь в разработке стратегий для усиления естественного иммунитета сельскохозяйственных культур.

Контрмеры в борьбе с инфекцией

Один из способов борьбы растений с бактериями — уничтожение собственных клеток, в которых обнаружены бактериальные белки. В ответ некоторые бактерии научились вводить специальные белки, подавляющие иммунный ответ растения. Они добавляют к иммунным молекулам растения небольшие химические метки — ацетильные группы (процесс ацетилирования).

Фермент SOBER1 как ключевой игрок

Учёные сосредоточились на изучении фермента SOBER1 у растения Arabidopsis thaliana. Ранее было известно, что этот фермент подавляет иммунный ответ на бактериальный белок AvrBsT.

  • Определение последовательности аминокислот SOBER1 показало его сходство с человеческим ферментом, связанным с онкологическими путями.
  • С помощью рентгеновской кристаллографии была определена трёхмерная структура SOBER1. Фермент относится к суперсемейству альфа/бета-гидролаз.
  • Ключевая особенность: в «туннеле» фермента, куда в норме должны помещаться субстраты, обнаружились два выступающих аминокислотных остатка, которые этот туннель блокируют.

Биохимическая функция: деацетилирование

Биохимические тесты с субстратами разной длины показали:

  • SOBER1 действует как деацетилаза — фермент, удаляющий ацетильные группы.
  • Из-за блокировки туннеля SOBER1 проявляет высокую специфичность только к очень коротким ацетильным группам.
  • Когда учёные мутировали SOBER1, открыв туннель, фермент потерял эту специфичность и стал предпочитать более длинные субстраты.

Эксперименты на растениях табака

Для проверки in vivo использовали табак (у него крупные, удобные для работы листья) и бактерии, производящие AvrBsT.

  • Листья с AvrBsT: появлялись коричневые пятна отмершей ткани — признак запущенной программы гибели клеток для сдерживания инфекции.
  • Листья с AvrBsT и SOBER1: оставались здоровыми на вид. SOBER1 отменял действие AvrBsT.
  • Листья с AvrBsT и мутантным SOBER1 (с открытым туннелем): ткань погибала. Мутантный фермент не мог предотвратить иммунный ответ.

Вывод: SOBER1, удаляя ацетильные группы, которые бактериальный белок AvrBsT добавляет к белкам растения, подавляет иммунный ответ. Растение не распознаёт «помеченные» белки как чужеродные и не запускает гибель клеток.

Значение и перспективы

  • Старший автор работы Джоанн Чори отмечает, что функция SOBER1 неожиданна: он сохраняет жизнь заражённой ткани, что подвергает растение риску. Однако могут существовать условия, при которых это действие полезно.
  • Активность SOBER1 обнаружена не только у Arabidopsis thaliana, но и у рапса, что указывает на потенциальную применимость открытия к сельскохозяйственным культурам.
  • Следующий шаг — скрининг химических ингибиторов, которые могли бы блокировать SOBER1, позволяя растениям реализовывать полноценный иммунный ответ на патогенные бактерии.