Команда определила новый рецептор в растениях томата, названный FLAGELLIN-SENSING 3 (FLS3), который запускает защиту от бактериальной атаки. FLS3 присутствует в небольшом количестве видов растений, включая томат, картофель и перец. Исследование появляется в Nature Plants.
«Это интересный пример рецептора, который, по-видимому, развился сравнительно недавно, потому что он обнаружен только в небольшой группе растений», — сказала первый автор Сара Хинд, научный сотрудник лаборатории профессора Грегори Мартина из BTI. «Это открытие открывает возможность введения FLS3 в другие экономически важные культурные растения, которые могут обеспечить устойчивость к бактериальным патогенам, которые в природе не присутствуют в других растениях».FLS3 обнаруживает часть жгутика, хвостовидный отросток, который помогает бактериям плавать в окружающей среде и состоит в основном из белков флагеллина. Когда бактерии вторгаются в растение, рецептор FLS3 связывается с областью белка флагеллина, называемым flgII-28, и запускает иммунный ответ.
FLS3 — второй датчик флагеллина, обнаруженный в помидорах. Первый, называемый FLS2, обнаружен у большинства наземных растений и обнаруживает вторгшиеся бактерии, распознавая отдельную область флагеллина, называемую flg22.
Поскольку многие растения имеют рецептор FLS2, несколько видов бактерий приобрели мутации в части flg22 своего флагеллина, и эти мутации изменяют форму флагеллина, так что FLS2 больше не может его распознавать. Таким образом, приобретение рецептора FLS3 может служить контрмерой от имени томата для обнаружения бактерий, изменивших flg22.Мартин и его коллеги работали с докторантом Кристофером Кларком и профессором Борисом Винацером из Технологического института Вирджинии, которые ранее идентифицировали flgII-28 как консервативный сегмент белка флагеллина, который томаты могут обнаружить. Вместе исследователи продемонстрировали, что flgII-28 не может быть распознан FLS2, что свидетельствует о существовании еще неизвестного FLS3.
Кроме того, в сотрудничестве с доцентом Дилипом Панте из Университета штата Северная Каролина исследователи проверили сорта томатов семейной реликвии и обнаружили, что некоторые из них, в том числе Желтая груша, не могут реагировать на flgII-28, предполагая, что в помидоре, должно быть, отсутствует FLS3.«Обнаружение того, что некоторые семейные помидоры, такие как Желтая груша, не реагируют на flgII-28, было ключом к использованию генетического подхода для идентификации FLS3», — сказал старший автор Мартин, профессор Бойса Шульце Дауни в BTI и профессор Корнельского университета в университете. Школа интегративной науки о растениях.В данной статье Хинд использовал томаты желтой груши вместе с диким родственником томата Solanum pimpinellifolium, чтобы идентифицировать ген FLS3 и показать, как он действует для уменьшения роста бактерий.
Но чтобы подтвердить, что FLS3 является рецептором для flgII-28, ей нужно было продемонстрировать, что две молекулы могут физически взаимодействовать. Исследователи из лабораторий Мартина и доцента BTI Фрэнка Шредера разработали передовые биохимические методы для идентификации стабильного комплекса между FLS3 и flgII-28, тем самым подтвердив, что FLS3 является рецептором flgII-28.«Доказательство прямого взаимодействия биомолекул остается огромной проблемой, и наша работа поможет в разработке более эффективных подходов к изучению взаимодействий рецептор-лиганд», — сказал соавтор Шредер, профессор химии и химической биологии Корнельского университета.
Исследование демонстрирует, насколько универсальной может быть иммунная система растений, борясь с постоянной гонкой вооружений против инфекционных бактерий. «Растения всегда придумывают новые способы победить патогены», — сказал Хинд. «Мы пытаемся понять, как они это делают, а затем использовать эти знания для создания более устойчивых к болезням растений».