Международная группа ученых разработала новый подход к защите ключевых зерновых культур от пирикуляриоза – одного из самых разрушительных грибковых заболеваний в мире. Исследователи научились модифицировать малоизученный класс иммунных белков растений, что в перспективе позволит создать устойчивые сорта риса, пшеницы и ячменя.
Исследование, которое возглавили специалисты из Центра Джона Иннеса в Великобритании, было сосредоточено на грибке Magnaporthe oryzae. Он вызывает пирикуляриоз, который ежегодно уничтожает урожай риса, достаточный для пропитания 60 млн человек. В последние десятилетия патоген также начал активно поражать посевы пшеницы и ячменя в Азии и Африке, угрожая глобальной продовольственной безопасности. Грибок проникает в клетки растения и выделяет особые молекулы-эффекторы, которые подавляют его защитные функции.
Растения распознают такие вторжения с помощью специальных иммунных рецепторов. Более 30 лет основное внимание ученых было приковано к белкам класса NLR. Новая работа посвящена другой группе рецепторов – тандем-киназным белкам (TKP). Команда выяснила, что некоторые из них содержат особый участок, HMA-домен, который действует как «приманка» для эффекторов грибка. Когда молекула патогена связывается с ним, запускается иммунный ответ растения, часто приводящий к контролируемой гибели зараженных клеток, чтобы остановить распространение инфекции.
С помощью кристаллографии ученые определили точную трехмерную структуру соединения HMA-домена с молекулами грибка. На основе этих данных они смогли инженерно изменить рецептор TKP так, чтобы он распознавал сразу два разных эффектора, которые используют патогены, поражающие пшеницу и ячмень. Способность одного рецептора обнаруживать несколько угроз редка в природе и открывает путь к созданию более универсальной защиты.
Технология находится на ранней стадии. Эксперименты проводили на протопластах – отдельных клетках пшеницы. Следующим шагом станет проверка модифицированных рецепторов на целых растениях в тепличных условиях. Ученые считают, что в будущем можно будет комбинировать в одном сорте злаков гены, кодирующие и TKP-, и NLR-рецепторы. Поскольку эти два класса белков активируют иммунитет по-разному, это создаст многоуровневую защиту, которую грибку будет значительно сложнее преодолеть.
