НОВЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МЕХАНИЗМ РАСТЕНИЙ: ПРИКРОЙ – АТАКУЮ!
19.11.2014
Источник: Наука и технологии России,
Σ Резник Наталья
Об эффективной защите растений от вредителей
Растение не так беззащитно перед вредителями, как может показаться на первый взгляд. В ответ на микробную или грибную инфекцию оно выделяет защитные молекулы, но и патоген, в свою очередь, синтезирует ферменты, которые эти молекулы расщепляет. Специалисты Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН и Института биоорганической химии им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН в сотрудничестве с американскими коллегами из Национального исследовательского центра использования сельскохозяйственной продукции (USDA-ARS-NCAUR) обнаружили пептиды, способные эффективно защитить растения и при этом устойчивые к противодействию патогенов. Результаты их работы опубликованы в журнале FEBS Journal (A. A. Slavokhotova, T. A. Naumann, N. P. J. Price, E. A. Rogozhin, Y. A. Andreev, A. A. Vassilevski and T.I. Odintsova, « Novel mode of action of plant defense peptides – hevein-like antimicrobial peptides from wheat inhibit fungal metalloproteases», FEBS Journal, 2014, 281, 4754–4764).
Один из самых «злокозненных» вредителей злаков – патогенный гриб фузариум (Fusarium verticillioides). Как и другие паразитические грибы, он выделяет токсины и ферменты, которые разрушают стенки растительных клеток, и питается растительными тканями. Растения, зараженные фузариумом, синтезируют хитиназы – защитные ферменты, разлагающие хитиновые покровы гриба. Патоген же в ответ на защитные мероприятия растений выделяет фермент фунгализин, расщепляющий хитиназы. Но у растения еще остаются антимикробные пептиды (АМП) – древнейшее средство защиты. АМП могут подавлять рост патогена, взаимодействовать с клеточными стенками и мембранами микроорганизмов, нарушая их проницаемость, и в частности могут связаться с хитином патогенного гриба.
Недавно исследователи выделили новый АМП из зерновок (плодов) пшеницы вида Triticum kiharae, названный WAMP и обладающий повышенной устойчивостью к патогенам.
Его аминокислотная последовательность несколько отличается от традиционных для этого класса АМП (выделенные пептиды относятся к гевеиноподобным). Учёные синтезировали гены WAMP и трех его гомологов, ввели их в клетки кишечной палочки и таким образом получили рекомбинантные аналоги исследуемых пептидов, что позволило провести полномасштабные исследования.
Оказалось, что благодаря особенностям аминокислотной последовательности WAMP они не поддаются расщеплению фунгализином. Они также предохраняют от расщепления хитиназы, противогрибковые растительные ферменты.
Исследователи предполагают, что WAMP связываются с фунгализином и таким образом блокируют его активность, не давая возможности разрушать хитиназу. Более того, WAMP в небольшой концентрации подавляет рост фузариума на питательный среде. Этот факт указывает на то, что фунгализин, очевидно, играет важную роль в развитии гриба.
WAMP и хитиназы имеют похожие участки для связывания с хитином, и исследователи выяснили, что WAMP возникли в результате эволюции генов хитиназ и теперь совместно действуют против грибов. Это новый, ранее неизвестный защитный механизм, возможно общий для всех растений .
«Мы планируем провести дополнительные эксперименты, подтверждающие предложенную нами модель взаимодействия «патоген – хозяин», в том числе проверить, обладают ли сходным механизмом действия другие гевеиноподобные пептиды. Сейчас мы ищем источники финансирования для продолжения исследований. В будущем мы планируем испытать наши пептиды на зараженных растениях, но о практическом применении WAMP пока говорить рано, сначала надо провести исчерпывающий анализ взаимодействий между растением и патогеном», – рассказала кандидат биологических наук, научный сотрудник ИОГен РАН Анна Славохотова.
Справка STRF.ru:
В Институте цитологии и генетики СО РАН, при поддержке ФЦП «Исследования и разработки 2014–2020», развивается другой подход по защите пшеницы от грибков – выявление генов устойчивости к паразитам дикорастущих сортов и их перенос с использованием молекулярных маркеров в культурный сорт (путем скрещивания)
Работа выполнена при поддержке РФФИ, Программ Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и «Биоразнообразие».