Ученые обнаружили важные подсказки, касающиеся того, каким образом патоген, виноватый в ирландском картофельном голоде, адаптировался и распространился среди различных видов растений.
Исследователи из Оксфордского университета и Лаборатории Сейнсбери (Норидж, Великобритания) изучили в естественных условиях, как патогенный организм, фитофтора, продолжающий и сегодня вызывать гниль картофеля и помидоров, менялся для того, чтобы поражать другие растения.
Исследование, опубликованное в журнале «Science», впервые демонстрирует, как патогены переключаются с одного вида на другой за счёт изменений на молекулярном уровне. Учёные изучили биохимические различия между фитофторой [Phytophthora infestans] и родственным ей видом Phytophthora Mirabilis, патогеном, отделившимся от P. infestans около 1300 лет назад для того, чтобы стать проклятием Мирабилис ялапы или Ночной красавицы, также широко известной как «цветок 4:00″. Исследователи обнаружили, что каждый вид возбудителя выделяет специализированные вещества отключающие оборону их целевых хозяев.
Растения обладают ферментами, известными в научном мире как протеазы, которые играют ключевую роль в их оборонительных системах, – рассказывает доктор Ренье ван дер Хорн, соавтор исследования, работающий на факультете прикладной ботаники Оксфордского университета.
Когда растение заражается, протеазы помогают ему атаковать вторгшиеся болезнетворные микроорганизмы и вызывают иммунный ответ. Фитофтора выделяет вещества, получившие название эффекторы, которые отключают протеазы картофеля и томата. Они предназначены для узкоспециализированной блокировки определенных протеаз в растениях-хозяевах, напоминая по механизму действия ключ, который подходит лишь для конкретного замка.
Эффекторы, выделяемые фитофторой, гораздо менее эффективны против протеаз других растений, таких ночная красавица, поскольку они не подходят к другим «замкам». Исследователи обнаружили, что P. Mirabilis выработала эффекторы, которые отключают оборону именно ночной красавицы, но уже больше не эффективны против картофеля или помидоров.
Мы впервые обнаружили непосредственный молекулярный механизм, лежащий в основе изменения специализации, – признаётся доктор ван дер Хорн.
Мы изучали специализацию секретного оружия патогенов, ключевого семейства эффекторов получивших название «EPIC», которые могут незамеченными пройти через оборону растений для того, чтобы отключить протеазы. Эффекторы EPIC, выделяемые фитофторой эволюционировали, чтобы соответствовать структуре протеаз картофеля так же, как эффекторы P. Mirabilis изменились, чтобы соответствовать протеазам ночной красавицы.
Если бы мы смогли вывести растения с протеазами, которые бы обнаруживали эти невидимые EPIC эффекторы, то нам бы удалось не допустить их проникновения и тем самым создать более устойчивые растения.
В течение следующих десяти лет, мы планируем использовать специализированный характер этих эффекторов, чтобы создать протеазы, устойчивые к их действию или даже способные уничтожить возбудителя. Картофель и томаты с такими протеазами будут обладать устойчивостью к патогенам гнили, и в сочетании с другими элементами защиты, смогут обеспечить растения ещё одной «линией» обороны от патогенов.
