Разработка пребиотиков для защиты растений от фитопатогенов станет новым аграрным инструментом
Когда мы говорим о микробиоме, большинство из нас думает о триллионах микроорганизмов, которые живут в нашем организме и поддерживают все – от пищеварения до психического здоровья. Но на растениях и внутри них тоже существует целый мир микробов. И начинают появляться доказательства того, что эти тайные жители играют ключевую роль в поддержании здоровья растений, отчасти помогая их иммунной системе определять, какие бактерии атаковать, а какие оставить без внимания.
🔹
В новом исследовании ученые обнаружили, что нарушения в сообществе микробов, живущих внутри листьев модельного растения Arabidopsis, могут поставить под угрозу способность растения отличать безвредных «посетителей» от вредоносных, что фактически обращает защитный арсенал растения против него самого.
По словам Шэн Ян Хэ, профессора биологии в Университете Дьюка и старшего автора исследования, опубликованного в журнале Nature Plants, результаты в конечном итоге могут привести к появлению новых способов защиты наших продовольственных запасов, сообщает Р.А. Смит в релизе университета.
Действительно, по оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, патогены сельскохозяйственных культур обходятся мировой экономике примерно в 220 миллиардов долларов в год.
В ходе исследования Хэ и его коллег, включая ведущего автора Ю Ти Ченг, научного сотрудника лаборатории Хэ, искали гены, участвующие в поддержании баланса микробиома растений , когда заметили нечто странное. Они обнаружили, что растения с мутацией в гене TIP1 имели избыток безвредных бактерий внутри своих листьев. Но у этих растений были и другие озадачивающие симптомы. Во-первых, они были маленькими и низкорослыми по сравнению со своими собратьями. И у них были мертвые некротические пятна на листьях, которые обычно появляются, когда растения борются с инфекцией, хотя никаких «плохих» бактерий не было.
Ченг распознала эти симптомы как признаки сбоя иммунной системы, когда защитные силы растения включаются в работу даже при отсутствии реальной угрозы и атакуют здоровые ткани вместо того, чтобы защищать их. Исследователи обнаружили, что в клетках растений, несущих мутацию tip1, активизировалось несколько защитных генов, даже если они не подвергались атаке, – признак того, что их иммунная система работает в усиленном режиме.
«Растения все еще способны защищать себя. Они просто утратили способность различать микробных друзей и врагов. Когда этот процесс нарушается, ранее «хорошие» бактерии могут вызвать чрезмерную реакцию иммунной системы, что приведет к обратным результатам. Хозяин ошибочно принимает себя за врага», – сказала Ченг.
Сначала исследователи не были уверены, что именно вызывает сбой в работе иммунной системы растений. Но они задавались вопросом, не является ли дисбаланс микробиома листьев частью ответа. Чтобы проверить эту идею, они вырастили рассаду Arabidopsis с микроорганизмами и без них, используя систему выращивания без микробов, разработанную в лаборатории Хэ.
Когда мутантные растения tip1 стали выращивать без микроорганизмов, их загадочные аутоиммунные проблемы практически исчезли.
«Это был момент озарения», – говорят исследователи. Проблемы со здоровьем, возникающие при дисбалансе микробиома организма, хорошо изучены у людей. Например, изменения в сообществе микробов в нашем кишечнике связаны с аутоиммунными заболеваниями, такими как болезнь Крона, диабет 1 типа и рассеянный склероз.
Однако новые результаты, а также два предыдущих исследования лаборатории Хэ, опубликованные в 2020 и 2023 годах, представляют собой первый случай, когда связь между несбалансированным микробиомом и аутоиммунитетом была продемонстрирована у растений, сказала Ченг.
Молекулярный механизм, лежащий в основе этой связи, пока остается неясным. Ген TIP1 кодирует фермент S-ацилтрансферазу, генетический код которого в значительной степени не изменился, поскольку новые виды ответвлялись от старых на древе жизни, а это значит, что он может играть роль в поддержании баланса микробиомов и для других видов.
На следующем этапе исследователи попытаются определить молекулу или вещество, с которым связывается фермент S-ацилтрансфераза, и как он функционирует.
Ученые планируют в итоге предложить путь к созданию пребиотиков, которые поддерживают или восстанавливают микробиом, чтобы «помочь растениям поддерживать лучший баланс» и сократить потери продовольственных культур, вызванные патогенами. «Чем больше у нас знаний, тем больше инструментов мы можем использовать», заключила Ченг.
Источник: Duke University. Автор: Р.А. Смит.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
