Проклятието, което може да съдържа лек

Фитоплазменият ефектор SAP05 индуцира метлата на вещиците в Arabidopsis. Кредит: Центърът на Джон Инес

Зомби растения, вещици метли и проклятието, което може да съдържа лек.

Новооткритият манипулационен механизъм, използван от паразитни бактерии за забавяне на стареенето на растенията, може да осигури нови начини за защита на застрашени от болести хранителни култури.

Паразитите манипулират организмите, които живеят върху тях, за да отговарят на техните нужди, понякога по драстичен начин. Когато са под влияние на паразит, някои растения претърпяват големи промени, описани като „зомбита“. Те спират да се размножават и служат само като местообитание и гостоприемник на паразитни патогени.

Досега нямаше достатъчно разбиране как това се случва на молекулярно и механистично ниво.

Изследването е публикувано от групата Hogenhout в центъра John Innes и сътрудници в затворническа клетка, манипулативна молекула, произведена от бактериите фитоплазма, за да отвлече растежа на растенията. Когато е вътре в растението, този протеин причинява разрушаване на ключовите регулатори на растежа, което води до анормален растеж.

Фитоплазмените бактерии принадлежат към група микроби, най -известни със способността си да препрограмират развитието на своите растения -гостоприемници. Тази група бактерии често е отговорна за „метлата на вещиците“, която се появява по дърветата, където голям брой клони растат близо един до друг.

Тези гъсти израстъци са резултат от това, че растението е заседнало във вегетативно „зомби“ състояние, неспособно да се размножава и по този начин преминава към „вечно младо“ състояние.

Фитоплазмените бактерии също могат да причинят опустошителни болести по културите, като астър жълти, които причиняват значителни загуби на добив както при зърнени, така и при листни култури, като маруля, моркови и зърнени култури.

Професор Saskia Hugenhout, съответният автор на изследването, каза: „Фитоплазмата е зашеметяващ пример за това как разпространението на гените се простира отвъд живите организми, за да повлияе на околната среда.

„Нашите открития хвърлят нова светлина върху молекулярния механизъм зад този разширен фенотип по начин, който би могъл да помогне за решаването на голям проблем за производството на храни. Ние подчертаваме обещаваща стратегия за инженерните растения да постигнат ниво на устойчива устойчивост на културите срещу фитоплазма.“

Новите резултати показват как бактериален протеин, известен като SAP05, третира растенията, като се възползва от някои специфични за гостоприемника молекулярни механизми.

Този механизъм, наречен протеазома, обикновено разгражда протеини, които вече не са необходими в растителните клетки. SAP05 отвлича този процес, като кара растителните протеини, важни за регулирането на растежа и развитието, да бъдат ефективно изхвърляни в центъра за молекулно рециклиране.

Без тези протеини растежът на растенията се препрограмира в полза на бактериите, което води до растежа на множество растителни пъпки и тъкани и спира стареенето на растенията.

Чрез генетични и биохимични експерименти върху моделно растение Arabidopsis thalianaВ тази статия екипът подробно описва ролята на SAP05.

Интересното е, че SAP05 се свързва директно както с протеините за развитие на растенията, така и с протеазомата. Директното свързване е новооткрит метод за разграждане на протеини. Протеините, в които протеазите са предварително дисоциирани, обикновено се маркират с молекула, наречена убиквитин, но това не е така.

Протеините за развитие на растенията, насочени към SAP05, са подобни на протеините, открити и при животни. Екипът беше любопитен да види дали SAP05 засяга и насекоми, които предават бактерии от растение на растение. Те открили, че структурата на тези гостоприемни протеини при животните се различава достатъчно, че те не взаимодействат със SAP05 и по този начин не засягат насекомите.

Това разследване обаче позволи на екипа да идентифицира само двама Аминокиселини в протеиновата субединица, необходима за взаимодействие със SAP05. Тяхното изследване показа, че ако вместо това растителните протеини се превръщат в аминокиселините, открити в протеина на насекоми, те вече няма да се хидролизират от SAP05, предотвратявайки необичайния растеж на „вещицата“.

Това откритие предлага възможността да се променят само тези две аминокиселини в културите, например с помощта на техники за редактиране на гени, за да се осигури трайна пластичност на растителната плазма и ефектите на SAP05.

Справка: „Паразитна модулация на еволюцията на гостоприемника чрез убиквитин-независима протеолиза“ от Weiji Huang, Alison MacLean, Akiko Sugyu, Abbas Maqbool, Marco Bucher, Shu Ting Chu, Sufian Kamon, Chih-Horeng Kou, Richard JH Emink и Saskia A. Hugenhout, 17 септември 2021 г. Достъпно тук. затворническа клетка.
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.08.029