Раскрыт секрет способности ведьминой травы красть питательные вещества у сельскохозяйственных культур
Паразитическое растение Striga hermonthica, известное как «ведьмина трава», наносит огромный ущерб сельскому хозяйству в Африке к югу от Сахары. Учёные обнаружили уникальный белок в Striga, который помогает поддерживать её высокую транспирацию. Растение использует транспирацию для эффективного «кражи» воды и питательных веществ у растений-хозяев, поэтому этот белок может стать новой мишенью для борьбы с паразитом. Результаты опубликованы 25 февраля в Nature Plants.
Striga паразитирует на корнях основных зерновых культур (сорго, просо, кукуруза, рис), поглощая воду и питательные вещества. Ежегодный ущерб от неё оценивается примерно в 9 миллиардов долларов США.
Механизм высокой транспирации
При транспирации вода движется по растению и испаряется через устьица. В засушливых условиях растения обычно ограничивают транспирацию, но Striga поддерживает её на высоком уровне, что позволяет ей эффективнее обкрадывать хозяев. Однако механизм, позволяющий устьицам Striga оставаться открытыми, был неизвестен.
При стрессе засухи растения синтезируют гормон абсцизовую кислоту (ABA), которая вызывает закрытие устьиц. В листьях Striga содержится много ABA, но обработка этим гормоном не снижала транспирацию. Учёные пришли к выводу, что причина — в нарушении чувствительности к ABA.
Роль белка ShPP2C1
В норме комплекс ABA-рецептор PYL связывается и ингибирует протеинфосфатазы группы A типа 2C (PP2C), которые являются негативными регуляторами сигналинга ABA. Это приводит к закрытию устьиц.
Исследователи выделили у Striga ген ShPP2C1. Его белок блокирует сигналинг ABA постоянно, так как не контролируется рецепторами PYL. ShPP2C1 имеет уникальные мутации в аминокислотной последовательности, не встречающиеся у других растений.
Эксперимент на модельном растении Arabidopsis подтвердил роль этих мутаций. Когда учёные отредактировали пять аминокислотных последовательностей в его гене PP2C, чтобы они напоминали ShPP2C1 (мутация AtABI1S), реакция на ABA снизилась, и растение сохраняло высокую транспирацию даже в условиях засухи.
Значение открытия и перспективы
Профессор Юкихиро Сугимото и доцент Масанори Окамото, руководившие исследованием, отмечают: «Мутации изменили свойства PP2C у Striga, снизив её чувствительность к ABA. Наземные растения приобрели сигналинг ABA для выживания в меняющихся условиях. Striga, вероятно, утратила эти функции в процессе адаптации к паразитизму».
Белок ShPP2C1 играет ключевую роль в поглощении Striga воды и питательных веществ. «Если мы сможем ингибировать функции ShPP2C1, это восстановит реакцию Striga на ABA и ограничит её способность красть ресурсы», — говорит профессор Сугимото. Дальнейший детальный анализ структуры белка ShPP2C1 может помочь в разработке препаратов для его блокировки.