Наука

З’ясувалося, як рослини захищають себе від шкідливих грибків і бактерій

Рослини можуть захистити себе від шкідливих грибків і бактерій. Міжнародна дослідницька група описує в журналі Nature сигнальний ланцюжок, за допомогою якого вони реагують на такі небезпеки. Вчені знайшли ключову ланку в імунній відповіді рослин.

Так само як і людям, рослинам необхідно захищатися від широкого спектра мікроорганізмів. Хворобливі бактерії і грибки використовують невеликі пори на поверхні листа, відомі як продихи, для проникнення в рослини. Рослини можуть закрити продихи, якщо їм загрожують патогени, але не назавжди: їм потрібні відкриті пори для поглинання вуглекислого газу з навколишнього середовища для фотосинтезу.

Механізм, за допомогою якого рослини розпізнають своїх ворогів і потім закривають переборки, необхідний для їх виживання в природних умовах. Дослідницька група професора Райнера Хедріха з Університету Юліуса Максиміліана (JMU) Вюрцбург в Баварії, Німеччина, вже багато років вивчає саме цей механізм.

Щоб патогени (зелені) потрапили в рослину через продихи, ці пори закриваються. Рецептор FLS розпізнає збудника і відкриває іонний канал OSCA, який дозволяє кальцію надходити в клітину. Кальцій активує кіназу (CPK), яка потім відкриває аніонний канал SLAC. Це ініціює закриття продихів. (Зображення: S Nke Scherzer / Universit T W Rzburg)

Серед іншого, команда Хедріча виявила, як особливий тип клітин — пара замикаючих клітин, що утворюють пори, проникні для повітря і водяної пари — контролює відкриття і закриття цих порів. Канал SLAC1 на зовнішній мембрані замикаючих клітин відіграє центральну роль в цьому процесі: якщо концентрація кальцію в клітинах збільшується, канал вивільняє з клітин аніони, такі як хлорид. В результаті продихи закриються.

Довгий час залишалося неясним, як рівень кальцію в замикаючих клітинах збільшується у відповідь на патогени. Консорціум, очолюваний професором Сирілом Ціпфелем з Цюріхського університету в Швейцарії і підтримуваний групою професора Хедріха, в результаті ідентифікував довгоочікувану послідовність реакцій, яка сприяє імунної відповіді замикаючих клітин.

Використовуючи нову техніку, розроблену в лабораторії Хедріча (скануючі іоноселективні електроди), з’ясувалося, що два білки сімейства OSCA дозволяють іонам кальцію проникати в прикінцеві клітини, як тільки імунні рецептори на поверхні клітини ідентифікують патоген.

Раніше було відомо, що канали OSCA реагують на механічні стимули. В імунній відповіді вони активуються хімічною модифікацією. Цей крок запускає сигнальний ланцюг в закритих клітинах, яка проходить через канал SLAC1 і в кінцевому підсумку призводить до закриття продихів. Це показало, що канали OSCA грають важливу роль в механічних пошкодженнях і інфекціях, викликаних бактеріями та грибами.

Захворювання, що викликаються бактеріями і грибами, можуть мати руйнівні наслідки в сільському господарстві, оскільки вони викликають величезні втрати врожаю і в кінцевому підсумку можуть привести до голоду.

З відкриттям ролі каналів OSCA в імунній відповіді рослин групи професорів Ціпфеля і Хедріха тепер можуть досліджувати нові стратегії селекції рослин, які мають чудові захисні реакції проти патогенів. У сільському господарстві такі рослини повинні бути менш сприйнятливими до хвороб і дозволяти фермерам скоротити використання хімікатів для захисту рослин.

Натхнення: hightech.fm

Кнопка «Наверх»