Растения перепрограммируют свои клетки для борьбы с патогенами
Во время войны заводы часто перепрофилируются для удовлетворения потребностей воюющих сторон. Например, сборочные линии меняют курс с производства деталей для автомобилей на производство пулеметов или с производства стиральных машин на производство авиационных двигателей. Согласно новому исследованию, проведенному Университетом Дьюка, растения также способны переходить с мирного на военное время.
Растения часто подвергаются атакам вирусов, бактерий и других патогенов. Ежегодно более 15 процентов урожая сельскохозяйственных культур теряется из-за бактериальных и грибковых заболеваний, что обходится мировой экономике примерно в 220 миллиардов долларов. Однако, когда растение чувствует приближающееся вторжение микроорганизмов, оно вносит радикальные изменения в состав своих белков, чтобы помочь им бороться с захватчиками.
Поскольку, в отличие от животных, у растений нет специализированных иммунных клеток, которые могут перемещаться по кровотоку к месту инфекции, каждая клетка растения должна уметь стоять и бороться за себя, быстро переходя в боевой режим. При атаке микроорганизмов клетки растений быстро меняют свои приоритеты с роста на защиту, начиная синтезировать новые белки и одновременно подавляя производство других.
Чтобы создать новый белок, генетические инструкции в ДНК, упакованной в ядре клетки, переводятся в мРНК, которая затем отправляется в цитоплазму, где рибосомы "читают" сообщение и переводят его в белок. Ученые обнаружили, что при заражении растений некоторые молекулы мРНК переводятся в белки быстрее, чем другие. Эти белки имеют общую область на переднем конце нити РНК с повторяющимися буквами в генетическом коде, где нуклеотидные основания аденин и гуанин повторяются. Эта область взаимодействует с другими структурами внутри клетки для активации производства белков "военного времени".
Таким образом, когда растения обнаруживают атаку патогена, молекулярные указатели, отвечающие за подачу сигнала об обычной отправной точке для рибосом, чтобы приземлиться и считать мРНК, удаляются, останавливая клетки от производства их типичных белков "мирного времени", и используют вместо этого область повторяющихся нуклеотидов аденина и гуанина для стыковки. "По сути, они используют короткий путь", - пояснил старший автор исследования Синьнянь Донг, заслуженный профессор биологии в Дьюке.
Эти процессы превращают борьбу с инфекцией в балансировку для растений. Когда они выделяют больше ресурсов на защиту, меньше остается для фотосинтеза и других видов деятельности, что часто может привести к сопутствующему ущербу, из-за чего растения с чрезмерно активной иммунной системой страдают от замедленного роста.
Необходимы дальнейшие исследования для выяснения того, как растения достигают этого тонкого баланса, чтобы ученые могли найти новые способы создания устойчивых к болезням культур без ущерба для урожайности.
Исследование опубликовано в журнале Cell.
