Полученные данные могут помочь ученым укрепить иммунную систему сельскохозяйственных культур без ущерба для урожая

По словам профессора Университета Дьюка Синьняна Донга, фабрики также могут переключаться с производства в мирное время на производство в военное время.

Посевы и другие растения часто поражаются бактериями, вирусами и другими патогенами. Когда растение обнаруживает микробную инвазию, оно резко меняет химический состав белков — молекул жизни — внутри своих клеток.

В последние годы Донг и его команда объединили свои методы работы. В новом исследовании, опубликованном в журнале КлеткиДун и первый автор Цзиньлун Ван раскрывают ключевые компоненты растительных клеток, которые перепрограммируют свой механизм производства белка для борьбы с болезнями.

Каждый год около 15% урожая теряется из-за бактериальных и грибковых заболеваний, что обходится мировой экономике примерно в 220 миллиардов долларов. По словам Донга, растения полагаются на свою иммунную систему, которая помогает им сопротивляться.

В отличие от животных, растения не имеют специализированных иммунных клеток, которые могут добраться с кровью до места заражения. каждая ячейка на фабрике должна уметь стоять и сражаться, чтобы защитить себя, быстро переключаясь в боевой режим.

Когда растения подвергаются нападению, они переключают свои приоритеты с роста на защиту, поэтому клетки начинают синтезировать новые белки и подавлять выработку других. Затем «в течение двух-трех часов все возвращается в норму», — сказал Донг.

Десятки тысяч белков, образующихся в клетках, выполняют множество функций: катализируют реакции, служат химическими посредниками, распознают чужеродные вещества, транспортируют материалы внутрь и наружу. Чтобы построить определенный белок, генетические инструкции, содержащиеся в ДНК, содержащейся в ядре клетки, транскрибируются в молекулу-мессенджер, называемую мРНК. Затем эта нить мРНК перемещается в цитоплазму, где структура, называемая рибосомой, «считывает» сообщение и переводит его в белок.

В исследовании 2017 года Донг и его команда обнаружили, что при заражении растения одни молекулы мРНК транслируются в белки быстрее, чем другие. Что общего у этих молекул мРНК, как обнаружили исследователи, так это область на переднем конце цепи РНК с повторяющимися буквами в ее генетическом коде, где нуклеотидные основания аденин и гуанин повторяются снова и снова.

В новом исследовании Донг, Ван и их коллеги показывают, как эта область взаимодействует с другими структурами внутри клетки, чтобы активировать производство белка «военного времени».

Они показали, что, когда растения обнаруживают атаку патогена, молекулярные сигнальные знаки, которые сигнализируют об обычной отправной точке для рибосом, чтобы приземлиться и прочитать мРНК, подавляются, не позволяя клетке вырабатывать свои типичные белки «времени мира».

Вместо этого рибосомы обходят обычную начальную точку трансляции, используя для стыковки повторяющиеся участки As и G в молекуле РНК, и начинают чтение оттуда.

«По сути, они идут коротким путем», — сказал Донг.

По словам Донга, для растений борьба с инфекцией — это уравновешивание. Выделение большего количества ресурсов на оборону означает меньшее количество ресурсов, доступных для фотосинтеза и других действий в жизни. Производство слишком большого количества защитных белков может нанести побочный ущерб: растения с гиперактивной иммунной системой страдают от задержки роста.

По словам Донга, понимая, как растения достигают этого баланса, ученые надеются найти новые способы создания устойчивых к болезням культур без ущерба для урожайности.

Команда Донга провела большую часть своих экспериментов на горчичном растении под названием арабидопсис талийский. Но подобные последовательности мРНК были обнаружены и у других организмов, включая плодовых мушек, мышей и людей, поэтому они могут играть более широкую роль в контроле синтеза белка у людей, растений и животных, сказал Донг.

Эта работа была поддержана грантами Национального научного фонда (IOS-645589, IOS-2041378), Национальных институтов здравоохранения (R35-GM118036-06) и Медицинского института Говарда Хьюза.

Источник истории:

Материалы предоставлено университет герцога. Оригинал написан Робином А. Смитом. Примечание. Содержимое может быть изменено по стилю и длине.