Инженеры создали новый иммунный рецептор для борьбы с пирикуляриозом риса и другими заболеваниями: новый прогресс в сельском хозяйстве.

Пирикуляриоз риса до сих пор остается одним из самых проблемных заболеваний, которое угрожает мировой продовольственной безопасности. Это заболевание вызвано нитчатым грибом Magnaporthe oryzae и каждый год приводит к потере более 30% урожая риса. Этот гриб также может вызывать пирикуляриоз у других зерновых культур, таких как пшеница и ячмень.

Исследователи из Великобритании и Японии разработали новую стратегию устойчивости к пирикуляриозу риса, одному из ключевых заболеваний, угрожающих мировой продовольственной безопасности. Их исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, имеет большое значение для будущих подходов к защите урожая и стабильности поставок продовольствия в мире.

Исследование велось группой ученых из Центра Джона Иннеса (Великобритания), Лаборатории Сейнсбери, Университета Восточной Англии и Исследовательского центра биотехнологий Иватэ (Япония). Важную роль в исследовании сыграл национальный синхротрон Великобритании Diamond Light Source.

Существующие подходы к созданию устойчивости к болезням в условиях полевого обращения ограничены скоростью обнаружения новых заболеваний в природе. Кроме того, эволюция фитопатогенов, таких как грибок пирикуляриоза, позволяет им обойти новые методы борьбы. Биоинженерия иммунных рецепторов растений, таких как NLR, стала новым подходом к созданию устойчивости к болезням и противодействию растущей угрозе, которую представляют фитопатогены для мировой продовольственной безопасности.

Рафал Здржалек, один из авторов исследования, объясняет: «Патогены выделяют белки, называемые эффекторами, в клетки хозяина, чтобы изменить метаболизм растений и сделать их податливыми к заражению. Растения могут распознавать эти эффекторы благодаря иммунным рецепторам, называемым NLR. Однако идентификация рецепторов, которые естественно распознают определенный эффектор, оказывается непростой задачей, и даже если такой рецептор существует, эффекторы могут мутировать и изменяться, чтобы избежать его распознавания. Изучение взаимодействия эффекторов патогенов и иммунных рецепторов растений помогает понять, как каждый патоген действует, и дает возможность взаимодействовать с естественными рецепторами растений и изменять их способность распознавания».

В своем исследовании ученые сосредоточились на создании нового иммунного рецептора NLR у риса, который мог бы связываться с более широким спектром эффекторов патогена пирикуляриоза.

Марк Бэнфилд, другой автор исследования, добавляет: «Созданный иммунный рецептор, распознающий консервативный набор эффекторов, демонстрирует принцип будущей создания устойчивости к пирикуляриозу, которая будет надежной и долговечной. Патогену станет сложнее измениться, чтобы избежать его распознавания. Инженерия иммунных рецепторов хозяин-мишень также может быть применена к другим болезням растений, которые зависят от поставки эффекторов в клетки хозяева для их вредоносного воздействия».

Чтобы изменить профиль реакции рецептора, исследователи заменили домен с тяжелыми металлами HMA в рисовом NLR Pikm-1 на домен белка OsHIPP43 (естественный целевой белок эффектора Pwl2). Результаты исследования показали, что измененный рецептор теперь может распознавать Pwl2 и более широкий спектр эффекторов Pwl.

Ученые также использовали данные, полученные с помощью рентгеновской дифракции на национальном синхротроне Великобритании Diamond Light Source, чтобы изучить детали взаимодействия этих двух белков. Кристаллическая структура их комплекса показала обширный интерфейс между Pwl2 и OsHIPP43.

Был проведен анализ, показывающий, что новый химерный белок может распознавать различные эффекторы Pwl в составе растения.

Ученые также провели ряд экспериментов, чтобы проверить специфичность распознавания измененного рецептора. В большинстве случаев белок успешно распознавал эффектор, демонстрируя надежность системы.

Кристаллическая структура комплекса показывает обширный интерфейс между Pwl2 и OsHIPP43. Розовым цветом представлен прозрачное изображение Pwl2, а синим - OsHIPP43. Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2402872121.

Анализ клеточной гибели показывает, что химерный белок Pikm-1OsHIPP43/Pikp-2 распознает различные варианты эффектора Pwl при экспрессии в N. benthamiana. Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2402872121.

Результаты исследования демонстрируют потенциал использования инженерии NLR с использованием целевой основы для создания новых признаков устойчивости, которые будут менее подвержены эволюционным изменениям патогенов. Это исследование может сыграть важную роль в будущей защите урожая и стабильности поставок продовольствия в мире.

Источник: Diamond Light Source.

Фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.