Растенията използват определени молекули, за да включат ключови центрове за защита срещу болестотворни патогени. Това е важно да се знае за разработването на бъдещи средства за защита на културите.
Две проучвания, публикувани в списание Science от учени от Института Макс Планк за изследване на растениевъдството в Кьолн, Германия, в сътрудничество с колеги от Китай, съобщават за откритието на естествено срещащи се клетъчни молекули, които управляват критични имунни реакции на растенията.
Световното производство на храни трябва да се удвои до 2050 г., за да изхрани очакваните допълнителни 2 милиарда души, които ще живеят на Земята дотогава. Това изисква по-високи добиви за много основни култури. За целта е необходимо да се разработят стратегии, които да направят растенията по-устойчиви на микроскопични инфекциозни агенти, както и да се гарантира екологичната безопасност на производството на храни. Постигането на това от своя страна изисква подробно разбиране на имунната система, защитата, която растенията изграждат, когато са изправени пред нахлуващи микроорганизми.
В две проучвания, водени от Gigi Chai и Jane Parker в Института за изследване на растениевъдството Макс Планк в Кьолн и Университета на Кьолн в Германия, в сътрудничество с групата на Junbiao Chang от университета Zhengzhou и група, ръководена от Zhifu Han от университета в Пекин, идентифицираха два класа молекули и определиха техните начини на действие при медииране на имунните отговори в растителните клетки .
Техните открития проправят път за разработването на биоактивни малки молекули, които биха могли да позволят манипулиране на устойчивостта на растенията към вредни микроби.
На молекулярно ниво основната имунна стратегия, използвана от растенията, включва протеини, наречени богати на левцин нуклеотидно-свързващи повтарящи се рецептори или накратко NLR.
NLR се активират от нахлуващи микроорганизми и предизвикват защитен, така наречен отговор на свръхчувствителност, който включва ограничаване на растежа на патогена и често силно ограничена клетъчна смърт на мястото на инфекцията – подобно на ампутация, например, на пръст на крака, за да се гарантира оцеляването на човешкото тяло.
Доказано е, че един клас NLR протеини, имащи така наречените домейни на рецептора на таксата/интерлевкин-1 (TIR), наричани TIR-NLR (или TNL), сигнализират за имунния протеин надолу по веригата Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1).
По-малките протеини, съдържащи TIR, също сигнализират EDS1 за повишаване на устойчивостта към болести.
EDS1 функционира като контролен център, който в зависимост от видовете други протеини, с които взаимодейства, тласка растителните клетки да ограничат растежа на патогените или клетъчна смърт. По-ранна работа показа, че TNL рецепторите и TIR протеините всъщност са патогенно-индуцирани ензими. Доказателствата сочат, че тези TIR ензими произвеждат малък пратеник за EDS1 сигнализация вътре в клетките.
Въпреки това, идентичността на точните молекули, генерирани от TNL или TIR, които стимулират различни имунни отговори, не е определена.
Паркър и колеги откриха, че два функционални модула на EDS1, водещи до имунитет или клетъчна смърт, могат да бъдат предизвикани от активирани от патогени TNL ензими в растителните клетки.
За да се идентифицират малките молекули, произведени от TNL или TIR, които действат върху EDS1, група китайски учени приложиха върху растенията метод за възстановяване на ключови компоненти на сигналния път в клетките на насекоми, принцип, който позволява да се произвеждат голям брой молекули и е пречистен за последващо изолиране и характеризиране.
Използвайки този подход, изследователите откриха два различни класа модифицирани нуклеотидни молекули, произведени от TNL и TIR. Тези съединения предимно се свързват и активират различни EDS1 подкомплекси. Ето защо авторите на статията съобщават, че различни подкомплекси на EDS1 разпознават определени молекули, произведени от TIR, които функционират като химикали, носещи информация.
TIR имунните рецептори и EDS1 концентраторните протеини съществуват в много важни видове култури като ориз и пшеница и Gigi Chai посочва, че „идентифицираните малки молекули, катализирани от TIR, могат да се използват като общи и естествени имуностимуланти за борба с болестите по културите. Джейн Паркър отбелязва, че „познаването на биохимичните начини на действие на тези малки молекули отваря изцяло нова глава в сигнализирането на растителния имунитет и контрола на болестите.“
