Открытие фактора транскрипции: ключ к борьбе с цистообразующими нематодами в культуре сои.

Согласно Томасу Бауму, известному профессору фитопатологии, энтомологии и микробиологии в Университете штата Айова, исследователи обнаружили, что цистообразующие соевые нематоды содержат определенный белок, который активирует множество химических сигналов, называемых эффекторами. Эти микроскопические круглые черви выделяют эффекторы внутри корней растений, чтобы захватить их клетки и создать там свою питательную базу.

Описываемый белок является фактором транскрипции, который связывается с генами, включая или выключая их. Он, вероятно, является одним из нескольких белков, регулирующих производство эффекторов. Ученые выяснили, что без этого белка инфекция нематодами значительно снижается, как показано в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Это открытие является важным шагом в снижении урожайности сои, поскольку цистообразующие нематоды являются одними из самых опасных вредителей этой культуры.

«Теперь у нас есть точная цель, явное молекулярное событие, связанное с одним фактором транскрипции. Это свидетельство концепции, которое открывает новые способы мышления о контроле нематод», - сказал Баум, один из соавторов исследования.

Нематологи, такие как Баум, изучали эффекторы в течение многих лет в надежде, что нацеливание на них может снизить заражение цистными нематодами, которые также присутствуют в других культурах, таких как сахарная свекла и картофель. Однако эти усилия были подобны игре в прятки. Нематоды производят сотни различных эффекторов, что обеспечивает избыточность и способность быстро адаптироваться.

«Уберите один эффектор, и нематода рассмеется и скажет: «У меня осталось еще 10»», - отметил один из исследователей.

Тем не менее, эффекторы являются ключевым механизмом вторжения нематод в корни растений. Нематоды являются сложными патогенами, они проходят в корень после вылупления в почве. Попав внутрь, они ищут клетку для захвата. Когда они находят подходящую клетку, они начинают не с питания, а с коммуникации.

«Они говорят не словами, а химическими веществами. Эффекторы доставляют сообщение растительной клетке, которая меняется и превращается в тип клеток, который обычно не присутствует в сои. Затем соседние клетки также меняются и сливаются вместе, образуя огромный новый орган, их единственная цель - обеспечить питание червю», - пояснил Баум.

Поскольку попытки воздействовать на отдельные эффекторы не давали значительных результатов, исследователям пришлось углубиться в исследования. Цистообразующие нематоды производят свои эффекторы в пищеварительной системе. В предыдущих исследованиях лаборатория Баума провела секвенирование как генома соевой цисты, так и белка, ответственного за экспрессию РНК в пищеварительных клетках. Сравнив эти два набора данных, исследователи смогли определить гены, отвечающие за эффекторы нематоды и их производство.

Баум также получил аналогичные данные от своего коллеги из Кембриджского университета в Великобритании, который изучает нематоду, вредоносную для сахарной свеклы и практически идентичную соевой нематоде.

Исследовательская группа, возглавляемая Себастьяном Эвес-ван ден Аккером, использовала данные для идентификации фактора транскрипции в пищеварительных клетках нематоды, который активируется при производстве эффекторов. Их анализ показал, что этот фактор транскрипции, названный регулятором субвентральной железы (SUGR-1), активирует 58 генов эффекторов.

Однако что активизирует SUGR-1? Согласно экспериментам группы Эвес-ван ден Аккера, причиной являются сигналы от корней растений, которые исследователи назвали эффектостимулинами. Это объясняет, почему SUGR-1 активируется, когда исследователи подвергают его воздействию экстракты корней известных нематодам растений-хозяев.

«Самое интересное в этой работе - это саморасширяющийся цикл, который приводит к заражению растений нематодами. Они разрушают растительные клетки, чувствуют определенные сигналы и реагируют таким образом, что повышается их способность разрушать клетки-хозяева», - сказал Эвес-ван ден Аккер.

В настоящее время организацией севооборота и использование сортов, устойчивых к нематодам, являются основными методами контроля над ними в культуре сои. Улучшение понимания того, как нематоды манипулируют растениями, превращая их в добровольных хозяев, в конечном итоге приведет к расширению возможностей по их контролю.

Селекционные компании могут разрабатывать генетически модифицированные сорта сои для производства РНК, которая препятствует активации SUGR-1 после потребления нематодами. Также возможны блокировка эффектостимулинов с помощью химической обработки, редактирования генов или селекции. Методы не должны быть всепоглощающими, поскольку даже небольшое снижение вирулентности может оказать значительное воздействие.

«В отношении нематод не обязательно убивать каждого червя. Если заражение снизится на 40%, это будет большой успех. Это действительно поможет сократить урон по урожаю», - добавил Баум.

Полученные результаты исследования также могут быть полезны в ветеринарии и лечении людей, поскольку различные виды нематод являются вредоносными паразитами для животных.

Баум и Эвес-ван ден Аккер планируют продолжить совместную работу по изучению цистообразующих нематод, так как эта плодотворная партнерская связь продолжается уже много лет, добавил Баум.

«Если нужно разработать способ взаимодействия с коллегой-ученым, это бы так и выглядело. Вы полагаетесь друг на друга и свободно обмениваетесь информацией для достижения прогресса», - сказал он.

Баум отметил, что будущие исследования помогут разобраться в генетической и молекулярной основе производства эффекторов, что приведет к дополнительным возможностям нарушения важных сигналов между цистообразующими нематодами и их растениями-хозяевами. «SUGR-1 - этот фактор транскрипции только первый на нашем пути. Но мы знаем, что есть и другие. Это только начало. Будет много целей», - заключил исследователь.

Источник: Университет штата Айова.

На фото показана голова цистообразующей нематоды, рассмотренная через мощный микроскоп, чтобы показать ее пищеварительные железы, которые производят эффекторы, используемые для заражения растений-хозяев. Изображение было отредактировано для выделения желез. Субвентральные железы, отвечающие за SUGR-1, окрашены в синий цвет. Авторы фото: Том Майер и Томас Баум/Университет штата Айова.