Учёные описали перспективный способ повысить защиту важных продовольственных культур от грибковых патогенов. Путём инженерной модификации природных иммунных белков растений исследователи разработали экспериментальную стратегию, которая в перспективе может помочь пшенице, рису и ячменю эффективнее противостоять грибковым инфекциям.
Группа исследователей под руководством учёных из John Innes Centre изучала тандемные киназные белки (TKP) — недавно активнее исследуемый класс растительных иммунных рецепторов. Учёные выяснили, как эти белки распознают молекулы патогенов, и показали, что их можно модифицировать для обнаружения нескольких грибковых угроз одновременно.
Почему это важно
Объектом внимания исследователей является грибок, вызывающий пирикуляриоз — серьёзное грибковое заболевание злаков. Грибок заражает растения через эффекторные молекулы, которые нарушают функции хозяина и помогают патогену устанавливать инфекцию. Растения реагируют на такие атаки специализированными иммунными рецепторами, которые распознают эффекторные молекулы и запускают защитный ответ, в том числе локализованную гибель заражённых клеток, ограничивающую распространение инфекции.
Что именно обнаружили
Ранее основное внимание уделялось NLR-рецепторам. В последние годы учёные активнее изучают TKP. Некоторые TKP содержат HMA-домены (Heavy Metal Associated), похожие на участки в некоторых NLR, которые участвуют в распознавании эффекторов.
С помощью биофизических методов и кристаллографии исследователи прояснили, как HMA-домены связывают грибковые эффекторные молекулы. Оказалось, что эти домены могут действовать как «приманка»: связывая эффектор, они позволяют рецептору распознать патоген и запустить защиту.
На основе структурных данных команда модифицировала TKP-рецепторы так, чтобы они распознавали два различных эффектора, ассоциированных с инфекциями пшеницы и ячменя. Двойная специфичность необычна для естественных иммунных рецепторов; её демонстрация в лабораторных условиях показывает возможность расширить спектр распознаваемых угроз с помощью белковой инженерии.
Ограничения и дальнейшие шаги
Полученные результаты продемонстрированы на протопластах — отдельных клетках пшеницы, используемых как модель для изучения клеточных ответов. Следующий этап — проверить, обеспечивают ли модифицированные рецепторы защиту целых растений в контролируемых условиях, а затем оценить эффективность в агроэкосистемах. Пока полевая эффективность и влияние на урожай не установлены.
Авторы отмечают, что методы, применявшиеся при инженерии NLR-рецепторов, могут быть адаптированы и к этому классу белков. Понимание взаимодействия эффекторов с HMA-доменами также может позволить использовать селекционные методы и вычислительные подходы для целенаправленной перенастройки доменов с целью распознавания ранее ускользавших молекул патогенов.
Одно из перспективных направлений — комбинировать разные типы иммунных рецепторов в одной культуре. Если NLR и TKP активируют защиту через разные механизмы, их совместное использование может создать несколько уровней защиты и усложнить патогенам эволюционную адаптацию.
Вывод
Исследование продемонстрировало возможность инженерной модификации тандемных киназных рецепторов для распознавания двух грибковых эффекторов одновременно. Это даёт основу для дальнейших работ по созданию культур с более прочной устойчивостью к болезням, однако текущие результаты подтверждены лишь на уровне отдельных клеток и требуют дополнительных испытаний на целых растениях и в полевых условиях.
