Бактерии, вызывающие болезни у растений, нашли способ обходить защитные механизмы. Исследователи из Рурского университета в Бохуме (Германия) обнаружили, что патогены берут под контроль крошечные структуры внутри растительных клеток. Эти образования, которые называют P-тельцами или processing bodies, обычно хранят и регулируют молекулы РНК. Но бактерии используют их, чтобы выборочно отключать производство белков — именно в тот момент, когда растение больше всего в них нуждается. Как это работает и можно ли защитить урожай, разбираемся в статье.
Как растения пытаются защититься
Когда микроб проникает в ткани растения, клетки начинают срочно собирать армию защитных белков. Одни белки распознают врага, другие блокируют его размножение, третьи запускают сигналы тревоги для соседних клеток. Этот процесс требует быстрой сборки новых белков, для чего нужны молекулы РНК — своеобразные «чертежи» из ядра клетки.
Растение действует как завод по производству оружия: в минуту опасности оно должно выпустить максимум продукции. Но бактериям это невыгодно, и они придумали способ парализовать завод.
Хитрый план бактерий
Бактерия Pseudomonas syringae — возбудитель пятнистостей и гнилей — использует два специальных белка, которые называют эффекторами. Эти белки проникают в клетку растения и заставляют её формировать множество P-телец. Так называются небольшие капельки внутри клетки, которые накапливают и блокируют молекулы РНК.
Что происходит дальше? В норме P-тельца выполняют роль временного хранилища. Но бактерии превращают их в ловушку: «чертежи» для защитных белков оказываются запертыми внутри капелек. РНК не может попасть к рибосомам — сборочным станциям клетки, и производство белков останавливается. Защита растения слабеет, и инфекция распространяется.
Двойной удар по клетке
Учёные выяснили, что патоген действует не в одиночку. Сначала бактерии подавляют так называемый стресс эндоплазматического ретикулума — внутренней сети клетки, где происходит сборка и контроль качества белков. Когда этот механизм сбит, клетка теряет способность быстро исправлять ошибки. И только потом эффекторы запускают образование P-телец.
- Первый удар — отключение системы контроля качества белков;
- Второй удар — захват РНК в P-тельца и остановка производства защитных белков;
- В результате растение не может вырабатывать белки для обороны.
Как отмечает руководитель исследования профессор Шуайб Юстюн, патогены работают скоординированно. Они не просто блокируют один сигнальный путь, а перепрограммируют фундаментальные процессы в клетке.
Роль клеточной переработки
Исследователи заметили ещё одну деталь: в регуляции P-телец участвует аутофагия — процесс, при котором клетка перерабатывает и утилизирует свои отслужившие компоненты. Оказалось, что бактерии влияют не только на производство белков, но и на механизмы, поддерживающие внутреннее равновесие клетки.
«Это показывает, насколько глубоко патогены могут вмешиваться в работу клетки, — говорит профессор Юстюн. — Но это же открывает способы управлять этими процессами».
Понимание того, как бактерии захватывают P-тельца, может помочь создавать растения, устойчивые к болезням. Если не дать бактериям угнать эти капельки, защитные механизмы растений останутся активными в самый нужный момент.
Что это значит для сельского хозяйства
Открытие немецких учёных имеет практическое значение. Сейчас селекционеры и генетики ищут способы укрепить иммунитет культурных растений, не прибегая к пестицидам. Новые данные подсказывают, на какие именно процессы в клетке стоит обратить внимание.
- Можно разработать сорта, у которых P-тельца не реагируют на бактериальные белки-эффекторы;
- Либо усилить механизмы, препятствующие образованию P-телец при инфекции;
- Также возможно воздействовать на аутофагию, чтобы клетка быстрее освобождала захваченную РНК.
P-тельца и похожие структуры встречаются не только у растений, но и у животных, включая человека. Поэтому результаты работы могут пригодиться и в медицине — для понимания того, как бактерии и вирусы манипулируют клетками млекопитающих. Исследование опубликовано в авторитетном журнале Science Advances.
Учёные надеются, что их работа поможет создать растения, которые эффективнее отражают атаки патогенов. Ведь если бактерии не смогут захватывать P-тельца, защитная система останется включённой, а урожаи — сохранёнными.
